北京冬奧視覺盛宴背后的IT技術——DELL科技集團超高清解決方案

摘要：北京冬奧會的超高清電視轉播，精彩紛呈，進一步體現(xiàn)了科技進步對行業(yè)發(fā)展的巨大推動作用。建設超高清系統(tǒng)，以往支持高清的相關IT設備需要全部更新?lián)Q代。DELL科技公司有幸參與了國內(nèi)許多大型超高清項目，獲得了很多經(jīng)驗，提供了從客戶端到后臺核心存儲設備的完整解決方案，本文從技術角度解析這套方案，供讀者參考。

關鍵詞：超高清；高性能工作站；存儲；Precision；PowerScale 

1. 概述

2022年2月4日北京冬奧會開幕式讓人們重新認識了廣播電視技術，在技術的加持下，中國廣電人給我們呈現(xiàn)了一場精彩絕倫的視覺盛宴。北京冬奧會的各種賽事，不論在電視、電腦，還是移動端，那些細膩清晰、纖毫畢現(xiàn)、宏大動態(tài)的精美畫面，都讓人們驚嘆。通過賽事直播，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、新在傳播，但內(nèi)容依然來源于傳統(tǒng)的電視機構。

毫無疑問，北京冬奧會成為了史上最具“科技驅(qū)動力”的奧運會。回顧IT相關的技術創(chuàng)新，包括：北京冬奧會全部采用4K超高清信號制作，在所有項目上完全實現(xiàn)UHD（超高清）＋HDR（高動態(tài)范圍成像）制播；主干系統(tǒng)實現(xiàn)IP化；對持權轉播商提供8K公共信號，對開閉幕式、花樣滑冰、短道速滑、跳臺滑雪等進行8K制作或直播；AI技術動態(tài)識別和自動化編輯；基于５G和云服務的制作、分發(fā)；在8K超高清傳輸及終端呈現(xiàn)方面，北京冬奧組委實施了“百城千屏”行動，全時段播出冬奧會比賽節(jié)目。

早在2019年2月28日，工業(yè)和信息化部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺聯(lián)合發(fā)布了《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》。到2022年，我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模將超過4萬億元。超高清將極大滿足人民日益增長的美好生活需要、驅(qū)動以視頻為核心的行業(yè)智能化轉型。對廣電行業(yè)來說，需要持續(xù)推進超高清電視內(nèi)容建設、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

北京冬奧會的高清制播要求主要包括：能夠進行快速的創(chuàng)作，包括圖形、視頻處理，視覺特效等；能夠安全存儲超高清產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)量，并且實現(xiàn)快速存取；低的總擁有成本；能夠支持云和5G時代的遠程制作、協(xié)同、傳輸?shù)刃碌膽脠鼍?。?/span>

超高清的難點在于拍攝的原始素材碼率高、容量大，給后期的工作站、存儲系統(tǒng)提出了極端的技術要求和成本增加。此外，體育賽事轉播涉及到大量的外場、轉播車設備等，即使是IBC，也可能是臨時搭建，機房環(huán)境等無法達到電視臺機房的要求，對現(xiàn)場的IT設備有完全不一樣的要求。

2.1超高清制作系統(tǒng)

進入超高清時代，分辨率、幀率、量化深度等的提高帶來巨大挑戰(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)將無法支持超高清業(yè)務。主要體現(xiàn)在幾個方面：工作站：計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)絡帶寬：傳統(tǒng)到桌面的千兆網(wǎng)絡無法承載4K，至少需要更新到萬兆，如果支持8K，建議升級到25G。

存儲容量：4K按500Mbps計算，1小時225GB，24小時節(jié)目存儲需要5.4TB，考慮片比等因素，容量呈幾何級數(shù)的增長；存儲吞吐能力：考慮一個40站點的制作島，4層4K編輯，至少需要帶寬10GB/s，需要新一代的高性能存儲來支持整個流程的實現(xiàn)。

針對4K/8K超高清制作系統(tǒng)，DELL科技公司提供了：高性能NAS存儲PowerScale/Isilon，比如F800單一機箱4U最大帶寬可達15GB/s，容量達924TB；支持10G/25G/40G/100G的網(wǎng)絡設備；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)界認證，以及移動工作站；支持4K/8K、HDR的顯示器等。

2.2 VDI和云制作

為了實現(xiàn)遠程編輯，也為了滿足融合媒體等業(yè)務的需求，IT必須向虛擬化和云的方向發(fā)展。大量的電視臺已經(jīng)使用虛擬化、VDI等技術，建設云制作系統(tǒng)。經(jīng)過在國內(nèi)大型電視機構的技術驗證，DELL科技的VDI和云桌面方案具有高效、安全、成熟領先、部署簡單等特性。

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自以下幾個方面。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；更有效的長時間運行安全保障；更有效的平臺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，用相對平易近人的價格提供給廣播級影視后期制作，產(chǎn)品采用新一代“CPU+GPU+IO”加速技術，滿足影視創(chuàng)作中剪輯、三維、合成、特效、調(diào)色、立體應用的需要，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強大的性能及擴展性

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

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質(zhì)量工作要求的高性能設計。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長時間安全運行保障及性能優(yōu)化

超高清視頻素材的剪輯、合成、渲染都需要耗費很長的時間，如何保障硬件平臺能夠在長時間安全穩(wěn)定的情況下運行至關重要，這對工作站核心部件—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Reliable Memory Technology（RMT）Pro技術，與Error Correction Code（ECC）內(nèi)存配合使用，可減少內(nèi)存相關的錯誤和藍屏?？梢噪S時隨地監(jiān)控內(nèi)存運行健康狀態(tài)，當發(fā)生內(nèi)存芯片顆粒物理損壞狀態(tài)下，可實現(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)下整機使用運行良好的內(nèi)存，達到保障整機的安全穩(wěn)定運行。

在專業(yè)設計軟件應用期間，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，該軟件可以在設備使用期間無感狀態(tài)下全自動監(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、特效處理軟件的運行狀態(tài)，針對特殊應用功能模塊提供有效的性能優(yōu)化，并給后期運維和硬件升級提供快速簡明的設備使用狀況報告。

3.2打造精彩視覺盛宴——超高清顯示器

在4K視頻剪輯應用方面可以根據(jù)不同編輯場景的需求選擇相對應的產(chǎn)品型號。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移動編輯工作站

北京冬奧會直播的外場和移動工作環(huán)境增加。擁有一款強大的移動工作站，是所有媒體人的愿望。媒體行業(yè)工作者需要在有限的負載能力下攜帶全套裝備完成外場工作任務，每樣設備的體積越小、重量越輕、功能越完善越好。基于此，DELL科技集團全面打造了面向多任務、多功能、移動拍攝及移動編輯的生態(tài)體系，這一生態(tài)系統(tǒng)依托性能強勁的移動工作站全面解決外場新聞工作者的多任務工作需求。在4K超高清視頻編輯領域，根據(jù)不同的素材碼率及應用需求，建議15英寸及17英寸兩款移動工作站產(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)提供商進行密切合作，包括國際和國內(nèi)廠商。完成了大量測試和認證工作，并且針對4K非編進行優(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加持

4.1橫向擴展NAS存儲

對于電視臺的超高清系統(tǒng)，需要滿足高性能、大容量、高安全性、擴展性、成熟與先進兼顧等要求的存儲來支持整個制播流程。使用可橫向擴展的、高性能NAS存儲（集群NAS）成為最好的選擇。它可以最大限度地同時解決性能與容量的問題，也可以通過單一文件系統(tǒng)的持續(xù)擴展性，為系統(tǒng)的進一步擴充提供便捷支持。DELL科技集團采用PowerScale OneFS的橫向擴展存儲解決方案專為需要高性能和高擴展性的場合而設計。功能強大，而其安裝、管理卻很簡單，并可擴展至幾乎任意規(guī)模。包括PowerScale全閃存節(jié)點以及Isilon全閃存節(jié)點、混合節(jié)點或歸檔節(jié)點，可以滿足媒體行業(yè)各種苛刻的業(yè)務需求。

4.2 PowerScale/Isilon存儲在超高清應用中的優(yōu)勢

在超高清制播系統(tǒng)存儲選型中，存儲對平臺的支持能力至關重要。一方面，需要共享以支持國內(nèi)電視機構的完整制播流程；另一方面，對存儲的吞吐能力提出了特別高的要求；此外，巨大的擴展能力、安全可靠、易于管理等企業(yè)特性，也是重要的技術要求。

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

5.實際應用

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

全國第一個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)定運行，系統(tǒng)采用了全新的PowerScale F600，支持了奧運賽事的轉播。特別值得一提的是，通過SmartPools功能，成功完成了從試驗設備到最終工程設備的完美遷移和切換，整個數(shù)據(jù)遷移過程數(shù)據(jù)零丟失、業(yè)務零中斷。

以北京冬奧會為契機，北京廣播電視臺于2021年正式開始籌建全球首個城市級8K播放體系，并于2021年12月31日正式開通了國內(nèi)首個省級8K頻道——BRTV冬奧紀實8K，成為科技冬奧的重要組成部分。憑借PowerScale行業(yè)領先的性能和穩(wěn)定性、可靠性，最終贏得了認可，PowerScale F600以高可靠方式構建了BRTV冬奧紀實8K超高清電視頻道播出存儲平臺。

結語

超高清的節(jié)目制作和播出等生產(chǎn)過程，較傳統(tǒng)的高標清系統(tǒng)對IT設備提出了更高的要求。北京冬奧會直播觀感提升明顯，特別是超高清在分辨率、量化精度、幀率等方面的大幅提高，讓更多的運動細節(jié)真正做到一覽無余。這離不開廣電媒體人的不懈努力，以及技術的進步。

參考文獻

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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.

作者簡介：連晉波（1967-），男，中國山西，DELL科技集團媒體行業(yè)架構師，研究方向：超高清制播相關IT技術、融合媒體云平臺、分布式存儲。