北京冬奧視覺盛宴背后的IT技術(shù)——DELL科技集團(tuán)超高清解決方案

摘要：北京冬奧會(huì)的超高清電視轉(zhuǎn)播，精彩紛呈，進(jìn)一步體現(xiàn)了科技進(jìn)步對(duì)行業(yè)發(fā)展的巨大推動(dòng)作用。建設(shè)超高清系統(tǒng)，以往支持高清的相關(guān)IT設(shè)備需要全部更新?lián)Q代。DELL科技公司有幸參與了國(guó)內(nèi)許多大型超高清項(xiàng)目，獲得了很多經(jīng)驗(yàn)，提供了從客戶端到后臺(tái)核心存儲(chǔ)設(shè)備的完整解決方案，本文從技術(shù)角度解析這套方案，供讀者參考。

關(guān)鍵詞：超高清；高性能工作站；存儲(chǔ)；Precision；PowerScale 

1. 概述

2022年2月4日北京冬奧會(huì)開幕式讓人們重新認(rèn)識(shí)了廣播電視技術(shù)，在技術(shù)的加持下，中國(guó)廣電人給我們呈現(xiàn)了一場(chǎng)精彩絕倫的視覺盛宴。北京冬奧會(huì)的各種賽事，不論在電視、電腦，還是移動(dòng)端，那些細(xì)膩清晰、纖毫畢現(xiàn)、宏大動(dòng)態(tài)的精美畫面，都讓人們驚嘆。通過(guò)賽事直播，可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)電視仍然是最佳的觀賞途徑。新媒體雖然新在技術(shù)、新在傳播，但內(nèi)容依然來(lái)源于傳統(tǒng)的電視機(jī)構(gòu)。

毫無(wú)疑問(wèn)，北京冬奧會(huì)成為了史上最具“科技驅(qū)動(dòng)力”的奧運(yùn)會(huì)。回顧IT相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新，包括：北京冬奧會(huì)全部采用4K超高清信號(hào)制作，在所有項(xiàng)目上完全實(shí)現(xiàn)UHD（超高清）＋HDR（高動(dòng)態(tài)范圍成像）制播；主干系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)IP化；對(duì)持權(quán)轉(zhuǎn)播商提供8K公共信號(hào)，對(duì)開閉幕式、花樣滑冰、短道速滑、跳臺(tái)滑雪等進(jìn)行8K制作或直播；AI技術(shù)動(dòng)態(tài)識(shí)別和自動(dòng)化編輯；基于５G和云服務(wù)的制作、分發(fā)；在8K超高清傳輸及終端呈現(xiàn)方面，北京冬奧組委實(shí)施了“百城千屏”行動(dòng)，全時(shí)段播出冬奧會(huì)比賽節(jié)目。

早在2019年2月28日，工業(yè)和信息化部、國(guó)家廣播電視總局、中央廣播電視總臺(tái)聯(lián)合發(fā)布了《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019-2022年）》。到2022年，我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模將超過(guò)4萬(wàn)億元。超高清將極大滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要、驅(qū)動(dòng)以視頻為核心的行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。對(duì)廣電行業(yè)來(lái)說(shuō)，需要持續(xù)推進(jìn)超高清電視內(nèi)容建設(shè)、創(chuàng)新內(nèi)容生產(chǎn)、豐富超高清電視節(jié)目有效供給。

2.完整的冬奧超高清IT解決方案

北京冬奧會(huì)的高清制播要求主要包括：能夠進(jìn)行快速的創(chuàng)作，包括圖形、視頻處理，視覺特效等；能夠安全存儲(chǔ)超高清產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)量，并且實(shí)現(xiàn)快速存?。坏偷目倱碛谐杀?；能夠支持云和5G時(shí)代的遠(yuǎn)程制作、協(xié)同、傳輸?shù)刃碌膽?yīng)用場(chǎng)景。、

超高清的難點(diǎn)在于拍攝的原始素材碼率高、容量大，給后期的工作站、存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了極端的技術(shù)要求和成本增加。此外，體育賽事轉(zhuǎn)播涉及到大量的外場(chǎng)、轉(zhuǎn)播車設(shè)備等，即使是IBC，也可能是臨時(shí)搭建，機(jī)房環(huán)境等無(wú)法達(dá)到電視臺(tái)機(jī)房的要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的IT設(shè)備有完全不一樣的要求。

2.1超高清制作系統(tǒng)

進(jìn)入超高清時(shí)代，分辨率、幀率、量化深度等的提高帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)和圖形處理量、數(shù)據(jù)吞吐量等有極大提高，原有的高清和超高清的系統(tǒng)將無(wú)法支持超高清業(yè)務(wù)。主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：工作站：計(jì)算和圖形處理能力需要大幅提高，以及支持4K/8K的顯示器等；網(wǎng)絡(luò)帶寬：傳統(tǒng)到桌面的千兆網(wǎng)絡(luò)無(wú)法承載4K，至少需要更新到萬(wàn)兆，如果支持8K，建議升級(jí)到25G。

存儲(chǔ)容量：4K按500Mbps計(jì)算，1小時(shí)225GB，24小時(shí)節(jié)目存儲(chǔ)需要5.4TB，考慮片比等因素，容量呈幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)；存儲(chǔ)吞吐能力：考慮一個(gè)40站點(diǎn)的制作島，4層4K編輯，至少需要帶寬10GB/s，需要新一代的高性能存儲(chǔ)來(lái)支持整個(gè)流程的實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)4K/8K超高清制作系統(tǒng)，DELL科技公司提供了：高性能NAS存儲(chǔ)PowerScale/Isilon，比如F800單一機(jī)箱4U最大帶寬可達(dá)15GB/s，容量達(dá)924TB；支持10G/25G/40G/100G的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；超高清制作的利器Precision工作站，代表是T7920塔式工作站等，已經(jīng)得到業(yè)界認(rèn)證，以及移動(dòng)工作站；支持4K/8K、HDR的顯示器等。

2.2 VDI和云制作

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編輯，也為了滿足融合媒體等業(yè)務(wù)的需求，IT必須向虛擬化和云的方向發(fā)展。大量的電視臺(tái)已經(jīng)使用虛擬化、VDI等技術(shù)，建設(shè)云制作系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)在國(guó)內(nèi)大型電視機(jī)構(gòu)的技術(shù)驗(yàn)證，DELL科技的VDI和云桌面方案具有高效、安全、成熟領(lǐng)先、部署簡(jiǎn)單等特性。

3.高性能工作站讓超高清制作如虎添翼

媒體創(chuàng)作人員的靈感需要得心應(yīng)手的工具展現(xiàn)，從高清到超高清，Dell Precision工作站的更高要求來(lái)自以下幾個(gè)方面。更高性能的CPU，包括更高主頻和更多的核數(shù)；支持高配置和多塊高性能圖形卡/GPU；需要更高速的本地化硬盤，通常是多塊配置SSD；需要更高速的數(shù)據(jù)傳輸通道；更有效的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行安全保障；更有效的平臺(tái)管理和快速的性能優(yōu)化等等。

新一代全功能影視制作工作站，基于Dell Precision系列硬件平臺(tái)，用相對(duì)平易近人的價(jià)格提供給廣播級(jí)影視后期制作，產(chǎn)品采用新一代“CPU+GPU+IO”加速技術(shù)，滿足影視創(chuàng)作中剪輯、三維、合成、特效、調(diào)色、立體應(yīng)用的需要，全功能的后期制作系統(tǒng)能夠從容處理從DV到HDV，從2K、4K/8K、3D立體的視頻制作。

3.1超高清視頻剪輯的利器——桌面工作站T7920

3.1.1強(qiáng)大的性能及擴(kuò)展性

為了解決桌面端超高清視頻數(shù)據(jù)處理能力問(wèn)題，DELL Precision T7920塔式工作站采用全新一代雙路至強(qiáng)處理器，最高支持56核心CPU，采用六通道內(nèi)存技術(shù)最高支持3TB容量?jī)?nèi)存，針對(duì)高畫質(zhì)處理需求，T7920工作站最高可支持3張頂級(jí)GPU顯卡，采用M.2超高速硬盤部署可以解決因硬盤速度問(wèn)題而帶來(lái)的數(shù)據(jù)處理瓶頸問(wèn)題，第三代雷電3擴(kuò)展卡幫助媒體行業(yè)工作者解決外置雷電存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)展問(wèn)題，前置雙熱插拔M.2超高速固態(tài)硬盤最大容量可達(dá)4TB，可快速實(shí)現(xiàn)視頻素材的存儲(chǔ)和移動(dòng)共享問(wèn)題。

3.1.2廣泛的接口和軟件支持

T7920工作站具備最全的視頻接口支持，擁有滿足最高電影級(jí)質(zhì)量工作要求的高性能設(shè)計(jì)。支持SDI和HDMI 4K接口，支持全Ultra HD 4K采集和輸出，還可完成全分辨率色彩RGB 4：4：4采集和輸出工作。其他接口還包括模擬分量、復(fù)合、S-video接口，支持AES和模擬平衡音頻、16通道SDI音頻等，滿足眾多廣電專業(yè)需求。

T7920專業(yè)視頻工作站支持WDM、DirectShow和QuickTime，是在Windows系統(tǒng)上可使用范圍極廣的軟件。剪輯工作方面可使用Avid Media Composer、Avid News Cutter、Adobe Premiere Pro、Sony Vegas Pro、Corel VideoStudio、CyberLink Power Director和MAGIX Video Pro。視覺特效方面可使用After Effects、The Foundry Nuke、Adobe After Effects和Adobe Photoshop。音頻軟件方面它支持Steinberg Nuendo和Cubase。流媒體播放方面它可兼容Flash Media Encoder、Xsplit Broadcaster、Wirecast和Livestream Procaster。

3.1.3長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行保障及性能優(yōu)化

超高清視頻素材的剪輯、合成、渲染都需要耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，如何保障硬件平臺(tái)能夠在長(zhǎng)時(shí)間安全穩(wěn)定的情況下運(yùn)行至關(guān)重要，這對(duì)工作站核心部件—內(nèi)存的穩(wěn)定性有著更高的要求。DELL Precision系列工作站全系具備智能內(nèi)存糾錯(cuò)Reliable Memory Technology（RMT）Pro技術(shù)，與Error Correction Code（ECC）內(nèi)存配合使用，可減少內(nèi)存相關(guān)的錯(cuò)誤和藍(lán)屏?？梢噪S時(shí)隨地監(jiān)控內(nèi)存運(yùn)行健康狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生內(nèi)存芯片顆粒物理?yè)p壞狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)物理隔絕損壞的扇區(qū)或內(nèi)存顆粒芯片，確保在剪輯、合成渲染狀態(tài)下整機(jī)使用運(yùn)行良好的內(nèi)存，達(dá)到保障整機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在專業(yè)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用期間，DELL Precision系列工作站提供專業(yè)的性能優(yōu)化、管理工具軟件Dell Optimizer for Precision，該軟件可以在設(shè)備使用期間無(wú)感狀態(tài)下全自動(dòng)監(jiān)控工作站上所安裝的Adobe、Autodesk等公司的專業(yè)視頻編輯軟件、三維軟件、特效處理軟件的運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)特殊應(yīng)用功能模塊提供有效的性能優(yōu)化，并給后期運(yùn)維和硬件升級(jí)提供快速簡(jiǎn)明的設(shè)備使用狀況報(bào)告。

3.2打造精彩視覺盛宴——超高清顯示器

在4K視頻剪輯應(yīng)用方面可以根據(jù)不同編輯場(chǎng)景的需求選擇相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品型號(hào)。戴爾2020年首款發(fā)布的內(nèi)置調(diào)色儀的4K專業(yè)顯示器和2019年發(fā)布的業(yè)界首款8K高分辨率顯示器，為媒體行業(yè)用戶提供了豐富的產(chǎn)品選擇。

3.3移動(dòng)編輯工作站

北京冬奧會(huì)直播的外場(chǎng)和移動(dòng)工作環(huán)境增加。擁有一款強(qiáng)大的移動(dòng)工作站，是所有媒體人的愿望。媒體行業(yè)工作者需要在有限的負(fù)載能力下攜帶全套裝備完成外場(chǎng)工作任務(wù)，每樣設(shè)備的體積越小、重量越輕、功能越完善越好?；诖?，DELL科技集團(tuán)全面打造了面向多任務(wù)、多功能、移動(dòng)拍攝及移動(dòng)編輯的生態(tài)體系，這一生態(tài)系統(tǒng)依托性能強(qiáng)勁的移動(dòng)工作站全面解決外場(chǎng)新聞工作者的多任務(wù)工作需求。在4K超高清視頻編輯領(lǐng)域，根據(jù)不同的素材碼率及應(yīng)用需求，建議15英寸及17英寸兩款移動(dòng)工作站產(chǎn)品給媒體行業(yè)工作人員選擇。

3.4完整生態(tài)系統(tǒng)和專業(yè)認(rèn)證

媒體用戶需要的是一整套完整的創(chuàng)作工具。DELL工作站同業(yè)界主要的軟件和系統(tǒng)提供商進(jìn)行密切合作，包括國(guó)際和國(guó)內(nèi)廠商。完成了大量測(cè)試和認(rèn)證工作，并且針對(duì)4K非編進(jìn)行優(yōu)化，提供了推薦配置建議。

4.超高清全流程需要高性能存儲(chǔ)加持

4.1橫向擴(kuò)展NAS存儲(chǔ)

對(duì)于電視臺(tái)的超高清系統(tǒng)，需要滿足高性能、大容量、高安全性、擴(kuò)展性、成熟與先進(jìn)兼顧等要求的存儲(chǔ)來(lái)支持整個(gè)制播流程。使用可橫向擴(kuò)展的、高性能NAS存儲(chǔ)（集群NAS）成為最好的選擇。它可以最大限度地同時(shí)解決性能與容量的問(wèn)題，也可以通過(guò)單一文件系統(tǒng)的持續(xù)擴(kuò)展性，為系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)充提供便捷支持。DELL科技集團(tuán)采用PowerScale OneFS的橫向擴(kuò)展存儲(chǔ)解決方案專為需要高性能和高擴(kuò)展性的場(chǎng)合而設(shè)計(jì)。功能強(qiáng)大，而其安裝、管理卻很簡(jiǎn)單，并可擴(kuò)展至幾乎任意規(guī)模。包括PowerScale全閃存節(jié)點(diǎn)以及Isilon全閃存節(jié)點(diǎn)、混合節(jié)點(diǎn)或歸檔節(jié)點(diǎn)，可以滿足媒體行業(yè)各種苛刻的業(yè)務(wù)需求。

4.2 PowerScale/Isilon存儲(chǔ)在超高清應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

在超高清制播系統(tǒng)存儲(chǔ)選型中，存儲(chǔ)對(duì)平臺(tái)的支持能力至關(guān)重要。一方面，需要共享以支持國(guó)內(nèi)電視機(jī)構(gòu)的完整制播流程；另一方面，對(duì)存儲(chǔ)的吞吐能力提出了特別高的要求；此外，巨大的擴(kuò)展能力、安全可靠、易于管理等企業(yè)特性，也是重要的技術(shù)要求。

PowerScale/Isilon具有極致的高性能和高容量支持，對(duì)稱均衡的集群結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)性能隨容量線性提升；單個(gè)集群吞吐率達(dá)945GB/s；單一集群文件系統(tǒng)大小超過(guò)93PB，統(tǒng)一命名空間；可在線升級(jí)，方便升級(jí)和擴(kuò)展，提供投資保護(hù)；高可用特性，高達(dá)N+4，以及最高8副本保護(hù)；單一便捷的管理能力；支持透明遷移到云；企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)軟件功能等特性，很好地滿足了超高清系統(tǒng)的要求。

5.實(shí)際應(yīng)用

總臺(tái)于2020年率先開始為8K超高清電視頻道構(gòu)建制播試驗(yàn)環(huán)境，根據(jù)8K視頻播出碼率大、讀寫帶寬需求高的特點(diǎn)，以及電視播出系統(tǒng)穩(wěn)定性要求極高的要求，DELL科技集團(tuán)提供了戴爾PowerScale F600和F200兩款分布式全閃存NAS存儲(chǔ)測(cè)試樣機(jī)，用于構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境中的存儲(chǔ)核心。

全國(guó)第一個(gè)8K電視頻道——“CCTV-8K超高清電視頻道”于2021年2月1日如期正式上線并穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)采用了全新的PowerScale F600，支持了奧運(yùn)賽事的轉(zhuǎn)播。特別值得一提的是，通過(guò)SmartPools功能，成功完成了從試驗(yàn)設(shè)備到最終工程設(shè)備的完美遷移和切換，整個(gè)數(shù)據(jù)遷移過(guò)程數(shù)據(jù)零丟失、業(yè)務(wù)零中斷。

以北京冬奧會(huì)為契機(jī)，北京廣播電視臺(tái)于2021年正式開始籌建全球首個(gè)城市級(jí)8K播放體系，并于2021年12月31日正式開通了國(guó)內(nèi)首個(gè)省級(jí)8K頻道——BRTV冬奧紀(jì)實(shí)8K，成為科技冬奧的重要組成部分。憑借PowerScale行業(yè)領(lǐng)先的性能和穩(wěn)定性、可靠性，最終贏得了認(rèn)可，PowerScale F600以高可靠方式構(gòu)建了BRTV冬奧紀(jì)實(shí)8K超高清電視頻道播出存儲(chǔ)平臺(tái)。

結(jié)語(yǔ)

超高清的節(jié)目制作和播出等生產(chǎn)過(guò)程，較傳統(tǒng)的高標(biāo)清系統(tǒng)對(duì)IT設(shè)備提出了更高的要求。北京冬奧會(huì)直播觀感提升明顯，特別是超高清在分辨率、量化精度、幀率等方面的大幅提高，讓更多的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)真正做到一覽無(wú)余。這離不開廣電媒體人的不懈努力，以及技術(shù)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王超，連冰花都看得清，PowerScale助力史上“最清晰”冬奧！[EB/OL].https：//mp.weixin.qq.com/s/z26L_1JlWGvk5A11ohCvrQ，2022-02-28.

作者簡(jiǎn)介：連晉波（1967-），男，中國(guó)山西，DELL科技集團(tuán)媒體行業(yè)架構(gòu)師，研究方向：超高清制播相關(guān)IT技術(shù)、融合媒體云平臺(tái)、分布式存儲(chǔ)。