視頻服務(wù)器及其在電視領(lǐng)域中的應用

鄧永紅 2002/01/28

　　隨著(zhù)視頻壓縮技術(shù)的不斷完善和計算機技術(shù)的發(fā)展，視頻服務(wù)器已廣泛應用于電視播出系統，視頻服務(wù)器在多頻道播出系統中的全面應用，使之成為電視臺播出系統中最重要的組成部分，這一產(chǎn)品可大大提高電視播出的工作效率。其實(shí)，視頻服務(wù)器還具備許多傳統視頻設備所不具備的優(yōu)點(diǎn)，還可以開(kāi)發(fā)出許多新穎的應用方式。

一、視頻服務(wù)器的概念

　　視頻服務(wù)器是一種對視音頻數據進(jìn)行壓縮、存儲及處理的專(zhuān)用計算機設備，它在廣告插播、多通道循環(huán)墊播、延時(shí)播出、硬盤(pán)播出及視頻節目點(diǎn)播等方面都有廣泛的應用。視頻服務(wù)器采用M—JPEG或MPEG—2等壓縮格式，在符合技術(shù)指標的情況下對視頻數據進(jìn)行壓縮編碼，以滿(mǎn)足存儲和傳輸的要求。它使用SCSI接口硬盤(pán)或FC接口硬盤(pán)作為視音頻數據的在線(xiàn)存儲器。具有多通道輸入輸出、多種視音頻格式接口。可配備SCSI、FC等網(wǎng)絡(luò )接口進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現視音頻數據的傳輸和共享。

二、視頻服務(wù)器的構成

　　視頻服務(wù)器是一種壓縮、存儲、處理視音頻數據的專(zhuān)用計算機，它由視音頻壓縮編碼器、大容量存儲設備、輸入/輸出通道、網(wǎng)絡(luò )接口、視音頻接口、RS422串行接口、協(xié)議接口、軟件接口、視音頻交叉點(diǎn)矩陣等構成，同時(shí)，提供外鎖相和視頻處理功能。

　　視音頻壓縮編碼器：由于視頻數字化后，數據量很大，故要利用成熟的壓縮技術(shù)，將視頻數據在滿(mǎn)足技術(shù)指標要求的條件下進(jìn)行高壓縮比的壓縮，滿(mǎn)足存儲和傳輸要求。視頻服務(wù)器一般采用M—JPEG或MPEG—2等壓縮編碼器，用戶(hù)可根據實(shí)際情況選擇壓縮碼率和壓縮結構，以適合于各種不同的播出場(chǎng)合，達到既節省硬盤(pán)空間，增加節目存儲量，又能保證播出質(zhì)量的目的。

　　大容量存儲設備：視頻服務(wù)器使用高速、寬帶的SCSI接口硬盤(pán)或最先進(jìn)的FC接口硬盤(pán)作為視音頻素材存儲介質(zhì)。同時(shí)視音頻數據的硬盤(pán)擴充也比較靈活。

　　輸入/輸出通道：視頻服務(wù)器具備多通道輸入/輸出系統，使多路錄入、播放能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現多任務(wù)。

　　網(wǎng)絡(luò )接口：視頻服務(wù)器都帶有網(wǎng)絡(luò )接口，方便組網(wǎng)，實(shí)現數據共享。一般視頻服務(wù)器都帶有FC和以太網(wǎng)接口。FC光纖網(wǎng)采用IP協(xié)議作為視頻服務(wù)器之間快速、實(shí)時(shí)復制和移動(dòng)素材的交換網(wǎng)絡(luò )，以太網(wǎng)用于傳送控制數據和狀態(tài)檢測的信息。

　　視音頻接口：視頻服務(wù)器都帶有標準視音頻接口和模擬監視視頻接口，方便監視各通道的視頻信號。輸入/輸出信號可以在模擬、分量和SDI中選擇。

　　RS422串行接口：視頻服務(wù)器都帶有多個(gè)RS422串行通訊接口，每個(gè)接口均可通過(guò)RS422通訊線(xiàn)由外部計算機控制實(shí)現記錄與播放。

　　協(xié)議接口：視頻服務(wù)器除提供各種控制硬件接口外，還提供協(xié)議接口。如RS422接口除支持RS422的Profile協(xié)議外，還支持 Louth、Odetics 、BVW等通過(guò)RS422控制的協(xié)議。

　　軟件接口：視頻服務(wù)器提供開(kāi)放的軟件接口，供用戶(hù)或第三方廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)和構建新的應用方式。

　　視音頻交叉點(diǎn)矩陣：視頻服務(wù)器內帶視、音頻交叉點(diǎn)矩陣，視、音頻通道調度靈活，同時(shí)可保證技術(shù)指標不受損。

　　另外，視頻服務(wù)器提供外鎖相和視頻處理功能，方便構建專(zhuān)業(yè)化應用的視音頻系統。

三、視頻服務(wù)器的特點(diǎn)

　　視頻服務(wù)器具有傳統設備所不具備的許多特點(diǎn)，具體表現如下：

　　（1）將多通道、錄制與播放等功能集于一體，傳統設備中有多輸入和多輸出特性的設備是視音頻切換矩陣，而具有錄制和播放功能的設備是錄像機，不言而喻，視頻服務(wù)器在系統中可代替若干個(gè)錄像機和一臺小型切換矩陣。

　　（2）視頻服務(wù)器用硬盤(pán)作為記錄媒體，具有非線(xiàn)性特點(diǎn)，因而具有非線(xiàn)性設備所有的優(yōu)點(diǎn)，如素材查找方便；素材可由多個(gè)輸出通道共享；可同時(shí)或相繼調出播放。

　　（3）素材記錄在硬盤(pán)還未形成完整文件時(shí)，便可由輸出通道調出播放，這點(diǎn)非常適用于延時(shí)播出和視頻點(diǎn)播等領(lǐng)域。

　　（4）視頻服務(wù)器容易實(shí)現向前或向后的變速播放，傳統的錄像機要實(shí)現這一點(diǎn)，要經(jīng)過(guò)價(jià)格昂貴的特技設備。

四、視頻服務(wù)器在電視領(lǐng)域的應用

　　由于視頻服務(wù)器具備上述優(yōu)勢，因此它將創(chuàng )造許多新穎的應用方式，以滿(mǎn)足電視傳媒的需要，并可大大提高生產(chǎn)率和降低設備維修和人力成本。視頻服務(wù)器在電視領(lǐng)域中的應用主要有兩個(gè)方面：一是利用視頻服務(wù)器構建自動(dòng)播出系統；二是利用視頻服務(wù)器實(shí)現視頻點(diǎn)播。

　　1．利用視頻服務(wù)器構建自動(dòng)播出系統

　　以往的播出系統是以磁帶為主要介質(zhì)，但隨著(zhù)視頻壓縮技術(shù)的不斷完善和計算機技術(shù)的發(fā)展，在播出系統中采用視頻服務(wù)器已經(jīng)成為可能而且目前已在國內許多電視臺使用，在今天建立播出系統時(shí)選擇視頻服務(wù)器作為一個(gè)信號源已經(jīng)成為必然。以視頻服務(wù)器為主體的硬盤(pán)播出系統，充分發(fā)揮硬盤(pán)存儲的優(yōu)勢，避免了因錄像機等設備出故障給播出帶來(lái)的影響，充分發(fā)揮多通道資源共享的優(yōu)越性，輕松實(shí)現各節目之間的串編播出和各種插播、定時(shí)播出之間的控制管理，以壓縮文件的形式把節目存放在硬盤(pán)中，可以達到無(wú)失真保存，所有節目從制作、編輯端口上載，從而簡(jiǎn)化了從制作到播出的工作流程,有利于提高工作效率。

　　在硬盤(pán)播出系統中，節目素材是以數字壓縮方式存儲和播出的。系統可采用MPEG―2或M—JPEG壓縮格式。

　　硬盤(pán)播出系統可采用本地存儲、鏡像備份方式的RAID硬盤(pán)存列。RAID－１也稱(chēng)作“鏡像”，即采用雙盤(pán)完全復制方法來(lái)保護數據，避免了硬盤(pán)故障造成數據丟失和系統中斷，其100％的冗余可以實(shí)現數據的快速恢復。每個(gè)視頻服務(wù)器使用獨立的存儲硬盤(pán)即本地存儲，各視頻服務(wù)器之間完全互不干擾，再采用完全鏡像備份，系統可靠性高。

　　硬盤(pán)播出系統可采用FC與以太網(wǎng)結合的雙網(wǎng)結構，利用FC傳輸視音頻信號，用以太網(wǎng)傳送控制信號。

　　硬盤(pán)播出系統由視音頻服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、采集工作站、預監工作站、播出工作站等子系統組成。兩臺視音頻服務(wù)器進(jìn)行備份。服務(wù)器通過(guò)光纖網(wǎng)互連。主服務(wù)器上的視音頻素材通過(guò)光纖網(wǎng)拷貝到輔服務(wù)器上。由一套自動(dòng)播控系統控制兩套視音頻服務(wù)器的播出工作站進(jìn)行同步播出。這樣系統非常可靠。同時(shí)，系統根據不同的用戶(hù)設置不同的安全等級，使無(wú)關(guān)人員無(wú)法進(jìn)入系統；有效地保證系統數據的安全性，同時(shí)在系統播出時(shí)，自動(dòng)鎖定各種其他違規操作，及時(shí)發(fā)出報警信號。

　　以視頻服務(wù)器為主體的硬盤(pán)自動(dòng)播出系統的具體應用方式有以下幾種：

　　（1）廣告自動(dòng)播出

　　視頻服務(wù)器首先用于重播次數多、時(shí)間短的廣告節目。在這一應用方式中，視頻服務(wù)器作為廣告播出的專(zhuān)用設備，它受控于播出系統的自動(dòng)控制軟件，由視頻服務(wù)器承擔的播出只能按順序一條一條地進(jìn)行，廣告播出的素材由廣告編輯計算機負責控制，廣告播出的順序的編排和控制由廣告播出計算機負責，而廣告播出的起點(diǎn)和結束則由自動(dòng)播控計算機實(shí)施對廣告播出計算機的控制。這種應用方式不需要對已有的播出系統進(jìn)行大的改動(dòng)，原有的自動(dòng)播控系統和軟件還能繼續使用，視頻服務(wù)器在這里相當于多臺錄像機（取決于視頻服務(wù)器的輸入通道數目）和多臺放像機（取決于視頻服務(wù)器的輸出通道數目）。因此原有的自動(dòng)播控系統軟件就能象控制錄像機一樣控制視頻服務(wù)器進(jìn)行廣告播出。

　　（2）多頻道自動(dòng)播出系統

　　利用視頻服務(wù)器的多通道特性能建立循環(huán)墊播系統，供多個(gè)頻道的播出機房共用。在這一應用方式中，首先將各個(gè)頻道的墊播素材通過(guò)VTR錄入到視頻服務(wù)器中，每個(gè)頻道播出機房占用視頻服務(wù)器的一個(gè)輸出通道，視頻服務(wù)器上的各個(gè)素材可分別播出。在這一應用方式中，可利用一對配置完全相同的視頻服務(wù)器建立播出系統。主、備視頻服務(wù)器各用對應的一個(gè)輸出通道，作為互為備份的播出通道，主、備視頻服務(wù)器之間采用光纖網(wǎng)（FC）互聯(lián)，實(shí)現視音頻素材共享、移動(dòng)和復制，保證主、備視頻服務(wù)器的素材完全一致。由一套自動(dòng)播控系統控制兩套視頻服務(wù)器的播出工作站進(jìn)行同步播出。

　　（3）電視節目延時(shí)播出系統

　　利用視頻服務(wù)器建立電視節目延時(shí)播出系統是利用視頻服務(wù)器的特性，即在素材寫(xiě)入硬盤(pán)時(shí)，不需完全形成一個(gè)素材文件的情況下，便可共享調用，使硬盤(pán)播出系統具備所謂即錄即播（要稍許延時(shí)后才可播）的功能。這種方案比較適合于直播重要的實(shí)況節目。將實(shí)況播出先錄入硬盤(pán)，按需要將實(shí)況播出時(shí)間延遲適當時(shí)間播出，節目導演和值班員利用這段時(shí)間在播放速率調整控制計算機上對現場(chǎng)不宜轉播的畫(huà)面進(jìn)行剪切并替換為其它適宜素材，或以人眼不易分辨的速率，如0.8至1.2倍快速或慢速播放，以保持相應的遲時(shí)量。這種以先進(jìn)技術(shù)手段為基礎的障眼法，可控制不當素材的播出，同時(shí)實(shí)況轉播效果又不受任何影響。

　　使用視頻服務(wù)器的硬盤(pán)自動(dòng)播出系統還有很多種具體應用方式，這里就不再一一列舉了對比于傳統錄像帶播出，硬盤(pán)自動(dòng)播出系統的信號與素材都并非存于盒帶之中，因此有零幀預卷、非線(xiàn)性檢索、素材反復使用、資源共享等優(yōu)點(diǎn)。具體的優(yōu)點(diǎn)是：提高工作效率、具有更好的安全性、信息資源的共享和系統的先進(jìn)性。

　　2．利用視頻服務(wù)器實(shí)現視頻點(diǎn)播

　　視頻點(diǎn)播有兩種方式即：準視頻點(diǎn)播（NVOD）和視頻點(diǎn)播（VOD）

　　（1）準視頻點(diǎn)播（NVOD）

　　視頻服務(wù)器是實(shí)現準視頻點(diǎn)播（NVOD）播放的核心設備，利用其多通道特性和素材可共享的特性，實(shí)現一個(gè)節目相隔一段時(shí)間重播，收視者能在等待最短時(shí)間收看自己點(diǎn)播的節目。如：在視頻服務(wù)器內一個(gè)時(shí)間長(cháng)度為N的節目，經(jīng)8個(gè)輸出通道分別輸出，第二個(gè)通道相對第一個(gè)通道延時(shí)N/8時(shí)間播放，第三個(gè)通道相對第二個(gè)通道延時(shí)N/8時(shí)間播放，依此類(lèi)推。每個(gè)通道節目循環(huán)播放，那么第一個(gè)通道下一次開(kāi)始播放的時(shí)間相對第八個(gè)通道也是延時(shí)N/8時(shí)間播放。這樣相鄰通道播放的是相同節目，但時(shí)間間隔均是N/8。用戶(hù)點(diǎn)播時(shí)，其點(diǎn)播信息經(jīng)節目請求計算機處理后，由節目播放控制計算機將馬上要播放的通道號、授權等信息返送給用戶(hù)接收設備，用戶(hù)在N/8時(shí)間內就可看到自己點(diǎn)播的節目。

　　（2）視頻點(diǎn)播（VOD）

　　視頻服務(wù)器不僅可用于準視頻點(diǎn)播系統，也可用于視頻點(diǎn)播（VOD）系統。VOD的全稱(chēng)為Video On Demand,即視頻點(diǎn)播技術(shù)，也稱(chēng)交互式電視點(diǎn)播系統，意即按需要的視頻流播放。“在想看的時(shí)候看想看的節目”，用戶(hù)可以根據自己的意愿選擇收看電視節目，從根本上改變了過(guò)去被動(dòng)式收看電視的不足，完全實(shí)現了由用戶(hù)掌握獲得信息的主動(dòng)權。VOD還可以實(shí)現Internet、收發(fā)電子郵件、家庭購物、旅游指南、訂票預約、股票交易等其他功能。因此可以說(shuō)，這一技術(shù)的出現使用戶(hù)可以按自己的需要來(lái)安排工作和娛樂(lè )時(shí)間，真正實(shí)現了由用戶(hù)掌握收視主動(dòng)權，極大地提高和改善了人們的生活質(zhì)量和工作效率。

　　VOD系統由前端系統、網(wǎng)絡(luò )系統及客戶(hù)系統三部分組成，而前端系統一般由視頻服務(wù)器、各種檔案管理服務(wù)器以及控制網(wǎng)絡(luò )部分的設備組成。各種檔案服務(wù)器主要完成一些用戶(hù)信息管理和計費工作，以及影視材料的管理工作和安全保密等。控制網(wǎng)絡(luò )部分主要完成各種服務(wù)器中的各種信息傳遞工作及后臺的影視材料和數據的交換。視頻服務(wù)器主要由存儲系統和建立其上的各種控制器管理系統組成，其目標是實(shí)現壓縮媒體數據的存儲以及按請求進(jìn)行媒體信息的檢索和傳輸。視頻服務(wù)器與傳統的數據服務(wù)器在很多方面有顯著(zhù)不同，需要解決許多問(wèn)題，來(lái)支持各種新功能。同時(shí)，它的高速數據傳輸能力保證了用戶(hù)對大量影片、視頻節目、游戲、商務(wù)信息以及其它服務(wù)的近乎即時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。它的最大特點(diǎn)是可以實(shí)現多人從不同起點(diǎn)觀(guān)看同一節目，從而避免了精彩節目被一個(gè)用戶(hù)獨占。

　　這種應用規模比較大，必須將多臺多通道的視頻服務(wù)器組成能共享大容量硬盤(pán)存儲體和能處理傳輸流的寬帶網(wǎng)絡(luò )，才能滿(mǎn)足眾多用戶(hù)對節目的各種點(diǎn)播需求。用戶(hù)點(diǎn)播信息可以有兩種路徑傳給點(diǎn)播受理服務(wù)器：一種是通過(guò)城市的有線(xiàn)電視HFC網(wǎng)絡(luò )的上行通道傳給點(diǎn)播受理服務(wù)器；另一種是通過(guò)通用瀏覽器在互聯(lián)網(wǎng)上對節目進(jìn)行選擇后，將點(diǎn)播信息傳給點(diǎn)播受理服務(wù)器。點(diǎn)播受理服務(wù)器將有關(guān)信息處理后，傳給播放控制計算機，由它控制播放用戶(hù)所點(diǎn)播的節目，并通過(guò)HFC下行通道傳到用戶(hù)終端。用戶(hù)接收有兩種形式：一種是普通電視機+機頂盒，另一種是計算機+接收卡，借助計算機顯示器收看。

　　基于視頻服務(wù)器的多頻道數字播出系統具有傳統的基于磁帶錄像機的模擬播出系統無(wú)可比擬的諸多優(yōu)勢，視頻服務(wù)器采用開(kāi)放式軟硬件平臺和標準或通用接口協(xié)議，系統擴展能力較強，能夠與未來(lái)全數字、盤(pán)基化、網(wǎng)絡(luò )化、多頻道資源共享模式的節目制作、編輯和播出體系相銜接。盤(pán)基化或盤(pán)帶結合的基于視頻服務(wù)器多頻道數字播出系統可以實(shí)現播出差錯隔離和故障隔離，也可以實(shí)現延時(shí)播出，是電視節目播出由模擬向數字過(guò)渡的最佳方案。而從長(cháng)遠來(lái)看，視頻點(diǎn)播具有巨大的潛在市場(chǎng)和深遠的發(fā)展前景，因為從深層次來(lái)看，VOD不僅僅是視頻節目點(diǎn)播的問(wèn)題，它代表未來(lái)全功能網(wǎng)絡(luò )化和數字交互式信息的應用發(fā)展趨勢，是一種從內容、形式上更深層次上的互動(dòng)，也是數字影院、交互視頻新聞、廣告等新應用的基礎，具有廣闊的發(fā)展潛力，VOD是未來(lái)信息高速公路構架的重要組成部分，是未來(lái)信息服務(wù)中寬帶業(yè)務(wù)的靈魂。因此可以肯定，隨著(zhù)數字技術(shù)、多媒體技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻服務(wù)器在電視領(lǐng)域中的應用將有更多的延伸。

計算機世界網(wǎng) 2002/01/28