1 引言
蘇州廣播電視總臺(tái)演播室集控系統(tǒng)從正式投入使用至今已經(jīng)過(guò)了4年多的時(shí)間，期間臺(tái)內(nèi)曾多次對(duì)Mosart集控系統(tǒng)進(jìn)行定向開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展，如自研發(fā)演播室軌道機(jī)器人與集控的對(duì)接、演播室攝像機(jī)鏡頭與集控的對(duì)接、視頻矩陣與集控的對(duì)接等，目前基本滿足了演播室各檔欄目的制作與直播工作。
但是隨著與集控系統(tǒng)對(duì)接的深入，以及節(jié)目制作需求上的擴(kuò)展，導(dǎo)致原先安裝在集控服務(wù)器上的自研發(fā)軟件過(guò)多，不管是在日常維護(hù)還是服務(wù)器運(yùn)行上，都存在一定的安全隱患。因此，此次項(xiàng)目通過(guò)Raspberry Pi系統(tǒng)對(duì)Mosart服務(wù)器進(jìn)行了優(yōu)化和擴(kuò)展，提高了集控服務(wù)器的運(yùn)行效率和安全性。
2 Mosart集控系統(tǒng)擴(kuò)展方案設(shè)計(jì)
2.1 Mosart集控系統(tǒng)介紹
Mosart集控系統(tǒng)連接框圖如圖1所示，整個(gè)集控系統(tǒng)的連接為播控層，服務(wù)器層和演播室設(shè)備層。Mosart播控層主要負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備操作界面的顯示，集控表單的構(gòu)建和播出，主要面向集控系統(tǒng)操作人員，Mosart播控支持對(duì)主備Mosart服務(wù)器的連接和切換，支持心跳連接和多人操作模式；Mosart服務(wù)器層作為演播室所有設(shè)備的接入層，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)接切換臺(tái)、視頻服務(wù)器、調(diào)音臺(tái)、文稿系統(tǒng)，并且互為主備，能夠?qū)崿F(xiàn)主備服務(wù)器之間快速倒換；演播室設(shè)備層是演播室系統(tǒng)的核心，直播演播室的設(shè)備之間互為主備冗余關(guān)系，同時(shí)演播室設(shè)備層的操控和Mosart播控層的操控互不干擾，即集控系統(tǒng)接入不影響演播室設(shè)備的手動(dòng)操作。
雖然Mosart集控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初考慮到了對(duì)演播室各類(lèi)設(shè)備的連接和控制，但是演播室設(shè)備的控制協(xié)議存在變更和升級(jí)的過(guò)程，集控不可能全部覆蓋所有設(shè)備的操作，因此最直接的方式就是在每臺(tái)集控服務(wù)器層部署第三方協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，通過(guò)讀取集控指定的控制協(xié)議，轉(zhuǎn)換成演播室內(nèi)設(shè)備的控制協(xié)議。隨著被控的設(shè)備不斷加入，協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件也在增加，這導(dǎo)致不僅在設(shè)備日常維護(hù)上增加了復(fù)雜度（重啟集控服務(wù)時(shí)需要重啟對(duì)應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換），而且還會(huì)占用部分集控服務(wù)器資源，對(duì)集控系統(tǒng)的穩(wěn)定性上也存在一定隱患，因此需要對(duì)集控系統(tǒng)進(jìn)行瘦身，同時(shí)制定一套更集中、安全的擴(kuò)展方案。
2.2 Mosart集控系統(tǒng)擴(kuò)展方案
2.2.1 Raspberry Pi系統(tǒng)的接入
Raspberry Pi簡(jiǎn)稱RasPi,中文名為樹(shù)莓派，是大小只有信用卡大小的微型電腦，其系統(tǒng)基于Linux，外部包含有正常計(jì)算機(jī)的各類(lèi)接口，方便開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行定向開(kāi)發(fā)和安裝，非常適合作為集控協(xié)議轉(zhuǎn)換的服務(wù)器。
此次項(xiàng)目中RasPi系統(tǒng)作為單獨(dú)的中間層，介于集控服務(wù)器層和演播室設(shè)備層之間，RasPi系統(tǒng)連接如圖2所示。目前RasPi系統(tǒng)開(kāi)啟VDCP轉(zhuǎn)AMP協(xié)議和SW-P-08轉(zhuǎn)Leitch協(xié)議，前者主要用于實(shí)現(xiàn)Mosart控制GV T2視頻服務(wù)器，后者主要用于控制Harris視頻矩陣，VDCP和SW-P-08都是Mosart內(nèi)部自帶的協(xié)議。RasPi系統(tǒng)能夠同時(shí)連接Mosart主備兩臺(tái)服務(wù)器，能夠自動(dòng)重連Mosart服務(wù)器和演播室設(shè)備，并且RasPi系統(tǒng)內(nèi)將協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件定制成系統(tǒng)服務(wù)，支持開(kāi)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，能通過(guò)SSH或者VNC等遠(yuǎn)程方式對(duì)服務(wù)進(jìn)行重啟操作。RasPi系統(tǒng)基于Linux，其穩(wěn)定性要高于Windows，并且協(xié)議轉(zhuǎn)換通過(guò)服務(wù)的方式部署在系統(tǒng)內(nèi)，降低了系統(tǒng)內(nèi)部開(kāi)發(fā)，提高了穩(wěn)定性。
2.2.2 VDCP轉(zhuǎn)AMP實(shí)現(xiàn)對(duì)T2服務(wù)器的控制
VDCP協(xié)議原理及特點(diǎn)
VDCP協(xié)議全稱Video Disk Communications Protocol，視頻磁盤(pán)通訊協(xié)議，該協(xié)議實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能夠支持RS422、TCP/IP等多種傳輸方式，VDCP協(xié)議數(shù)據(jù)格式如表1。
STX:表示數(shù)據(jù)包的開(kāi)始位，固定位0x02。
BC:Byte Count，統(tǒng)計(jì)BC位之后到CHECKSUM位之前總的數(shù)據(jù)位數(shù)。
TYPE/CMD-1：包含一部分命令類(lèi)型和設(shè)備地址。
CMD-2：對(duì)應(yīng)CMD-1后的補(bǔ)充命令，和CMD-1共同確定該條命令的功能和定義。
DATA-1~DATA-N：需要操作的命令數(shù)據(jù)。
CHECKSUM：數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，BC位到CHECKSUM位之間數(shù)據(jù)總和的二進(jìn)制補(bǔ)碼，取二進(jìn)制補(bǔ)碼的低8位。
VDCP針對(duì)不同的發(fā)送命令有不同的回復(fù)方式，VDCP命令具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，如果發(fā)送的命令沒(méi)有收到答復(fù)，或者答復(fù)錯(cuò)誤，則發(fā)送端就會(huì)報(bào)錯(cuò)，等待重新建立連接。如應(yīng)答式的命令，則需要回復(fù)ACK(0x04)或者NAK（0x05），如非應(yīng)答式命令，需按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，回復(fù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)命令。
AMP協(xié)議原理及特點(diǎn)
AMP協(xié)議全稱Advanced Media Protocol，最早由GV公司開(kāi)發(fā)定制，主要應(yīng)用在GV相關(guān)產(chǎn)品，如K2、T2視頻服務(wù)器上，最大支持64k長(zhǎng)度的字符串，支持RS422、TCP/IP等多種從傳輸方式，AMP協(xié)議數(shù)據(jù)格式如下表。
CMD-1：發(fā)送數(shù)據(jù)命令的類(lèi)型。
CMD-2：對(duì)CMD-1命令的補(bǔ)充，和CMD-1共同確定該條命令的功能和定義。
Actual BC1：統(tǒng)計(jì)BC1后面到CHECKSUM之前所有數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。
Actual BC2：統(tǒng)計(jì)BC2后面到CHECKSUM之前所有數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，Actual BC2=Actual BC1-2.
DATA-1~DATA-N：需要操作的命令數(shù)據(jù)。
CHECKSUM：數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，校驗(yàn)方式同VCDP校驗(yàn)一樣。
當(dāng)使用TCP/IP方式進(jìn)行AMP命令傳輸時(shí)，協(xié)議內(nèi)規(guī)定TCP或者UDP連接端口號(hào)是3811，命令數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)省去校驗(yàn)位，并添加命令行前綴，如CRAT（建立連接）、CMDS（播控命令），STOP（暫停）。
AMP協(xié)議在TCP/IP的傳輸上，結(jié)構(gòu)和VDCP協(xié)議類(lèi)似，省去了校驗(yàn)位計(jì)算，并且發(fā)送命令不限制字符長(zhǎng)度和格式，提高了內(nèi)部運(yùn)算處理速度和效率。
VDCP轉(zhuǎn)AMP協(xié)議命令對(duì)應(yīng)
參照VDCP和AMP播控協(xié)議對(duì)照表可知，VDCP和AMP作為目前廣泛應(yīng)用的視頻播控協(xié)議，在命令格式上有許多相似之處，同時(shí)又各有特點(diǎn)。首先VDCP在播出端口號(hào)范圍是1~n,錄制端口號(hào)-1~-n，AMP播出端口2~n，錄制端口號(hào)1，在端口的控制范圍上，VDCP更廣泛；其次VDCP播控中，可設(shè)置心跳連接，每隔固定時(shí)間發(fā)送命令，獲取目標(biāo)設(shè)備ID信息，而AMP協(xié)議不存在心跳連接機(jī)制；同時(shí)VDCP素材ID長(zhǎng)度固定分為8位和16位，而AMP在素材ID的長(zhǎng)度和命名方式上不受限制，更加靈活；最后，AMP在查詢和更新素材方面的效率要高于VDCP，VDCP命令每次固定獲取10條素材，而AMP在獲取第1條素材ID以后，可根據(jù)命令格式，獲取指定數(shù)量素材。
2.2.3 SW-P-08轉(zhuǎn)Leitch實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻矩陣的控制
SW-P-08協(xié)議原理及特點(diǎn)
SW-P-08矩陣協(xié)議（General Remote Control Protocol）是目前比較通用的矩陣控制協(xié)議，該協(xié)議提供了一種矩陣外部控制的方法，支持TCP/IP以及串口控制。協(xié)議數(shù)據(jù)格式如下圖3所示，其中SOM為2個(gè)字節(jié)的固定消息頭數(shù)據(jù)0x10和0x02。DATA為消息數(shù)據(jù)，包含矩陣控制指令。BTC為DATA域的字節(jié)長(zhǎng)度。CHK為校驗(yàn)和數(shù)據(jù)。EOM為2字節(jié)固定的消息尾數(shù)據(jù)0x10和0x03。
Leitch矩陣協(xié)議原理及特點(diǎn)
Harris矩陣以Telnet的方式登錄，端口號(hào)是21，用戶名為“l(fā)eitch”,登錄密碼“l(fā)eicthadmin”，當(dāng)?shù)卿洺晒σ院?，可以通發(fā)送命令的方式設(shè)置矩陣交叉點(diǎn)，控制命令格式為“@...X:<Lvls>/<Dest>,<Src>[:I<ID>]”，其中“@...”為固定命令開(kāi)頭（“...”表示一個(gè)空格），X代表命令類(lèi)型為交叉點(diǎn)設(shè)置命令，Lvls代表矩陣所在層級(jí)，Dest和Src代表交叉點(diǎn)目標(biāo)信號(hào)和源信號(hào)編號(hào)（以0號(hào)為第一個(gè)）。ID為16進(jìn)制的矩陣ID號(hào)。若要將矩陣的03號(hào)物理輸出端口的信號(hào)源切換為01號(hào)輸入源，則需要發(fā)送的控制命令為“@...X:0/0,2:I40”。
SW-P-08轉(zhuǎn)Leitch實(shí)現(xiàn)方式
我臺(tái)演播室視音頻系統(tǒng)內(nèi)，矩陣設(shè)備接入不存在層級(jí)和主備關(guān)系，因此兩類(lèi)協(xié)議轉(zhuǎn)換的發(fā)送命令上，層級(jí)都是0；Harris矩陣的默認(rèn)ID號(hào)經(jīng)過(guò)測(cè)試為40，因此整個(gè)協(xié)議的轉(zhuǎn)換只涉及到源交叉點(diǎn)信息（Mosart集控）的讀取，以及目的交叉點(diǎn)信息（Harris矩陣）的寫(xiě)入。
3 Mosart集控系統(tǒng)擴(kuò)展方案實(shí)現(xiàn)
3.1 協(xié)議轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)
3.1.1 VDCP轉(zhuǎn)AMP協(xié)議程序設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)框圖如圖4所示，RasPi端先跟T2視頻服務(wù)器建立連接，然后再作為服務(wù)端跟Mosart主備服務(wù)器進(jìn)行連接。當(dāng)RasPi端接收到集控發(fā)送的VDCP播控命令后，進(jìn)行判定并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的AMP播控命令發(fā)送給T2，同時(shí)等待T2進(jìn)行播控反饋，當(dāng)接收到反饋后，再轉(zhuǎn)成VDCP命令發(fā)送給主備集控服務(wù)器。
程序設(shè)計(jì)充分考慮的安全和穩(wěn)定性，支持T2視頻服務(wù)器端和Mosart集控服務(wù)器端的斷開(kāi)重連，并把每條播控命令寫(xiě)入RasPi對(duì)應(yīng)日志文件。
3.1.2 VDCP轉(zhuǎn)AMP程序連接測(cè)試
T2視頻服務(wù)器、Mosart集控、RasPi處于同一局域網(wǎng)內(nèi)，RasPi的IP地址是172.19.24.222，VDCP播控端口號(hào)是5100，Mosart集控服務(wù)器內(nèi)連接狀態(tài)如圖4，T2 P1通道和T2 P2通道映射到集控系統(tǒng)為通道C和D。
集控系統(tǒng)內(nèi)VDCP協(xié)議建立連接后，素材查詢流程如圖5所示，首先會(huì)建立心跳連接，每隔10秒發(fā)送“0203300701C8”心跳連接命令（Active ID Request命令），AMP不存在對(duì)應(yīng)返回命令，因此直接由RasPi進(jìn)行心跳命令的回復(fù)；同時(shí)查詢所有素材ID（IDList命令），當(dāng)獲取到素材ID后，再對(duì)每個(gè)素材進(jìn)行查詢（IDSize Request命令），獲取單個(gè)素材的時(shí)長(zhǎng)；最后，VDCP每隔25秒發(fā)送素材更新查詢（ID‘s
Added List/ID’s Deleted List命令），當(dāng)由素材更新時(shí)，返回給VDCP更新的素材ID列表，Mosart集控從其緩存中更新素材。
3.1.3 SW-P-08轉(zhuǎn)Leitch協(xié)議程序設(shè)計(jì)
矩陣協(xié)議轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)框圖如圖7所示，RasPi首先通過(guò)Telnet方式跟Harris矩陣建立連接并登錄，然后打開(kāi)TCP/IP端口監(jiān)聽(tīng)，監(jiān)聽(tīng)并接收Mosart集控端發(fā)送的SW-P-08命令，如果接收到的命令消息頭數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位正確，則提交叉點(diǎn)信息，轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)eitch格式，并發(fā)送給Harris矩陣，如果消息頭數(shù)據(jù)或校驗(yàn)位接收錯(cuò)誤，則該命令無(wú)效，繼續(xù)等待下一條集控命令。
程序在設(shè)計(jì)時(shí)同樣考慮了日志記錄和自動(dòng)重連，Mosart服務(wù)端和Harris矩陣連接斷開(kāi)或重啟后能夠自動(dòng)連接RasPi上矩陣協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)。
3.1.4 SW-P-08轉(zhuǎn)Leitch程序連接測(cè)試
Harris矩陣、Mosart集控、RasPi處于同一局域網(wǎng)內(nèi)，矩陣連接測(cè)試如圖8所示，RasPi地址172.19.24.222，SW-P-08協(xié)議接收端口號(hào)5000，當(dāng)RasPi成功與Harris矩陣和Mosart集控建立連接后，長(zhǎng)期保持端口監(jiān)聽(tīng)當(dāng)接收到Mosart集控發(fā)送的交叉點(diǎn)命令后，打印到日志，并顯示“Receive“接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)的消息頭和校驗(yàn)位正確后，發(fā)送Telnet命令到Harris矩陣，并打印到日志，顯示”Telnet命令發(fā)送成功“；經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)RasPi端同時(shí)接收到兩條Mosart集控命令后，同樣能夠進(jìn)行快速處理，按照先后順序發(fā)送到Harris矩陣端。
3.2 Raspberry Pi系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)部署
RasPi系統(tǒng)基于Linux內(nèi)核，在系統(tǒng)操作和命令上支持Shell腳本語(yǔ)言，同時(shí)為了兼顧程序的移植和后續(xù)維護(hù)，開(kāi)發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序時(shí)采用的是輕量化的Python編程語(yǔ)言，協(xié)議轉(zhuǎn)換程序通過(guò)Python編寫(xiě)和編譯后，在通過(guò)Shell腳本語(yǔ)言進(jìn)行服務(wù)部署，將編譯后的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序自動(dòng)加入的開(kāi)啟自啟動(dòng)服務(wù)中，具體操作如下。
1.編寫(xiě)Shell可執(zhí)行腳本，該腳本能夠執(zhí)行VDCP轉(zhuǎn)AMP、SW-P-08轉(zhuǎn)Leitch對(duì)應(yīng)的Python程序模塊，VDCP轉(zhuǎn)AMP對(duì)應(yīng)Shell腳本文件為“vdcptrans.sh”, SW-P-08轉(zhuǎn)Leitch對(duì)應(yīng)Shell腳本文件為“ruconvert.sh“。
2.編寫(xiě)開(kāi)機(jī)自啟動(dòng)的服務(wù)類(lèi)型文件,服務(wù)的作用是指向Shell腳本文件并運(yùn)行，服務(wù)文件放置路徑為RasPi系統(tǒng)內(nèi)“/usr/lib/systemd/system/ ”目錄下，兩個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的服務(wù)文件為“vdcpconvert.service”、“reconvert.service“。
3.打開(kāi)RasPi系統(tǒng)內(nèi)終端控制窗口，使用systemctl命令，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)服務(wù)，如“pi@raspberry:~ $ sudo systemctl enable vdcptrans.service ”。
4.重啟RasPi系統(tǒng)，服務(wù)自動(dòng)啟動(dòng)，可以通過(guò)systemctl命令pi@raspberry:~ $ sudo systemctl status vdcptrans.service “查看服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)。如圖9為vdcptrans.service服務(wù)運(yùn)行狀態(tài),有”Active:activating(start)“字樣,說(shuō)明服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)正常。
3.3 集控系統(tǒng)與演播室設(shè)備相關(guān)配置
安裝RasPi系統(tǒng)作為中間層后，對(duì)于Mosart集控和演播室設(shè)備來(lái)說(shuō)，并不需要做額外的配置。對(duì)于Mosart集控，它把需要控制的設(shè)備IP地址以及端口號(hào)指向RasPi系統(tǒng)，在集控系統(tǒng)內(nèi)，RasPi系統(tǒng)被認(rèn)作矩陣和視頻服務(wù)器設(shè)備；對(duì)于演播室矩陣和視頻服務(wù)器設(shè)備，只需要等待連接并獲取正確的控制命令，演播室設(shè)備不需要關(guān)系它是被什么設(shè)備去控制。RasPi系統(tǒng)作為中間層，也起著“橋梁”的作用，實(shí)現(xiàn)了演播室設(shè)備和Mosart集控的連接，同時(shí)不占用兩邊設(shè)備任何系統(tǒng)資源。
4 結(jié)語(yǔ)
此次通過(guò)RasPi對(duì)Mosart集控的橫向擴(kuò)展，打通了我臺(tái)演播室集控和T2視頻服務(wù)器、Harris矩陣的連接，實(shí)現(xiàn)了將演播室全部設(shè)備融入到全媒體節(jié)目只用的應(yīng)用中，減少了操作人員和操作復(fù)雜度，同時(shí)提高了系統(tǒng)的安全性。
在對(duì)全媒體演播室節(jié)目制作的探索中，筆者也深入了解到了各類(lèi)視頻播控協(xié)議和矩陣協(xié)議的優(yōu)劣，伴隨著廣電全媒體深度融合的繼續(xù)發(fā)展，如何最大化、最有效的利用演播室內(nèi)現(xiàn)有的資源，能夠更有力的助推全媒體節(jié)目在制作的創(chuàng)造與創(chuàng)新。
