粤科TMS的关键技术及其优势.doc

粤科TMS的关键技术及其优势刘朝刚1，李祥雄2，倪晓东2（1、广东省计算中心，2、广东粤科软件工程有限公司，广东广州 510033）摘要：粤科TMS填补了国内空白，具有技术起点高、设备兼容性好、完全符合国家标准等技术优势，在数字影院多设备控制及影院管理信息化方面居于国内领先水平。关键词： 数字影院；影院管理系统；TMS； 放映自动化 一、 概述数字电影影院管理系统的英文简称为TMS(Theatre Management System)，是指在现代化多厅的数字影院内通过高速以太网（或信号线缆）将中央管理服务器、中央存储系统以及各个数字影厅的播放服务器、数字放映机、音频解码器、灯幕控制器、3D控制器甚至空调等设备互相连接起来，以实现中央管理服务器对放映设备、放映内容、放映授权、放映计划、设备状态、放映日志和影院自动化设施等的集中管理。TMS可进行定时播放、远程监控、自动控制场灯幕帘等操作。TMS通常包括内容管理系统（CMS）、数据与密钥管理系统（DKMS）和放映计划管理系统（SSMS）。一个全面满足影院需求的TMS还需要放映自动化系统、NOC系统（网络运营中心）接口、监管接口等。通过使用TMS能有效降低放映员的劳动强度，节省人力资源，避免人为错误，提高工作效率以及准确度。目前国内市场上主流的TMS有3家：GDC、杜比、粤科TMS。粤科TMS是国内第一套商业化TMS，支持目前国内主流的2K播放服务器、放映机及部分先进的4K放映设备，具有技术起点高，设备兼容性好，完全符合国标规范的特点。二、 粤科TMS技术体系从技术体系角度看，粤科TMS由软件平台、软件架构、网络通讯、自动控制系统构成。1、软件平台在选择软件平台的时候，除了考虑技术的先进性、稳定性及安全性外，还要尽量使用开源免费软件，以利于降低后续的影院信息化改造成本。粤科TMS设计运行在以Linux为核心的桌面图形操作系统平台Ubuntu上。Linux是一种自由开放源代码的类UNIX操作系统内核。Linux特有的开放性带来系统的高度稳定、可靠与安全。Ubuntu是一个以桌面应用为主的GUN/Linux操作系统，整合了X-Windows、GNOME的图形桌面环境。粤科TMS的操作系统平台选择Ubuntu，可以在获得高稳定性的同时带给操作者最接近微软Windows系列桌面操作系统的体验。粤科TMS使用JavaSE平台进行软件开发。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，广泛应用于个人PC、数据中心、游戏控制台、科学超级计算机、移动电话和互联网，同时拥有全球最大的开发者专业社群。JavaSE(Java2 Platform Standard Edition)属于java平台标准版。使用Java平台进行开发可以高度适应及兼容由中国电影科学技术研究所发行的基于Linux系统Java开发语言的数字影院管理系统开发包（CRIFST SDK CRIFST software development kit，GY/T 247-2011）。粤科TMS使用MySQL数据库作为数据存储平台。MySQL是一个开放源代码的关系数据库管理系统，性能高、成本低、可靠性好，被广泛地应用在Internet上的中小型站点中。随着MySQL的不断成熟，它也逐渐用于更多大规模网站和应用系统。2、软件架构粤科TMS直接运行在TMS服务器上，属于C/S结构系统。从软件内部层次结构上看，属于基于JavaSE的面向对象的多层软件架构。软件分层是为了降低软件深度复杂性，各层次分别担任相对独立的任务，使复杂问题简化，软件结构更清晰，任务间的耦合度降低。粤科TMS分为四个软件层次，表现层、业务层、资源层、持久层。持久层又称数据持久层。目前流行的数据库都属于关系数据库，不能直接支持对象的持久化，与面向对象的技术不匹配。持久层是为了解决这个矛盾而产生，通过O-R映射技术（对象关系映射，Object Relational Mapping，简称ORM，或O/RM，或O/R mapping）对软件对象进行持久化。粤科TMS系统选用Hibernate对象关系映射框架来实现数据持久。Hibernate是一个优秀的开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，使得Java程序员可以随心所欲地使用对象编程思维来操纵数据库。资源层包括播放服务器、放映机、票务系统、卫星接收机、自动化控制器等设备通讯接口，实现系统外部数据交换。通讯接口使用xml数据结构进行数据交换。粤科TMS使用JAXB（Java Architecture for XML Binding）框架进行XML数据处理。业务层又称业务逻辑层，是所有层次中最复杂最重要的，系统所有的业务逻辑都在这个层次中进行处理。粤科TMS使用JavaBean对系统对象进行管理。表现层是软件的人机界面，担负着使用人员与机器的交互操作。粤科TMS选择SWT框架搭建软件界面，SWT(Standard Widget Toolkit)是一个开源的GUI编程框架，是建立JavaSE系统界面的首选。图 1 粤科TMS层次结构3、网络通讯数字影院的内部网络担负着影片传输分发、设备控制、设备状态监控等的关键通讯任务，应具有高带宽、高可靠性、高性能、高稳定性的特点，网络拓扑结构的设计要能够很好地为当前影院运营管理服务，同时充分考虑到未来影院信息化建设需求。随着摄放影设备的更新换代，数字电影的分辨率及其它指标参数不断提高，数字影片拷贝本身的容量非常巨大，每部数字影片的容量从几十Gb到几百Gb。要尽量缩短影片在TMS内部网络中传输分发时间，网络带宽最少要基于千兆的高速以太网（1000BASE-T）才能满足需求。由于每台播放服务器基本上都配有千兆网口，为了支持向多台播放服务器同时传输影片，TMS服务器设立多网口，通过支持IEEE802.3 ad协议使用端口汇聚技术连接到中心高速交换机，以获取高于千兆的并发网络数据输出能力。4、放映自动化目前世界电影院都在向多厅方向发展，而且，放映间的物理位置不一定聚集在一起，为避免影院配备多名放映员进行人工操作，减少人力资源浪费及放映事故，放映自动化控制系统成为TMS的重要功能之一。传统的数字电影放映自动化控制系统采用播放服务器内置的automation功能来实现。由于播放服务器的automation控制设计比较单一，没有考虑更多的外围设备，在预置控制项目之外需要增加新的控制设备的时候，设置比较繁琐，而且需要对每个影厅的播放服务器设置一次，而且没有提供状态监控的功能，造成由播放服务器厂家提供的TMS不具备良好的扩展与状态监控功能。粤科TMS将放映自动化控制功能独立于放映设备之外运行，同时在一定程度上兼容旧有的播放服务器automation控制模式，可以方便地从软件上增加对未来未知自动化设备的控制、监控，做到即插即用。为了适应影院数字化更新的需要，粤科公司自主研发推出数款具有自主知识产权的影院放映自动化控制、监控设备，TMS系统利用上述设备可以实现在电影放映的同时同步自动控制放映机、音频解码器、场灯、幕布、LED显示屏、3D透镜切换、4D设备、空调温度调整及放映间电源开关等自动化功能，同时可以通过视频、音频等声像指标进行放映效果监控，与票务系统对接后可以从票务服务器获取排期信息，自动在播放服务器生成放映计划，自动对无售出票场次进行拉场处理。使用粤科TMS后，理论上可以做到无人值守。三、 外部接口与可扩展性粤科TMS严格遵循面向接口编程的思想，从数据进、出两个方向按业务流定义了一整套完善的接口规则、数据格式，使系统具备了很强的扩展能力。粤科TMS使用可扩展标记语言（eXtensibleMarkupLanguage，XML语言）与外部系统、控制接口进行数据交换。使用XML进行数据交换的优点是基于规范和标准的开放性，使异种异构系统之间的数据交换成为可能。目前粤科TMS支持的放映设备硬件有主流的2K/4K播放服务器（GDC、Dolby、Doremi）、放映机（Barco、科视、NEC、SONY），基本覆盖目前国内使用的音频解码器（杜比、南京音霸、QSC、DTS、Beta3、音王等）、3D透镜切换器等；支持的外部系统有数字电影卫星接收设备、符合GY/T 247-2011规范的票务系统、NOC系统等。四、 版权保护及远程监控接口数字电影使用密钥传送消息（KDM）来保护数字电影拷贝。KDM（Key Delivery Message，SMPTE 430-1）是为数字电影专门定义的，目的是为数字电影内容在不同设备间使用进行授权。KDM包含三部分的信息：合成播放列表（CPL，SMPTE 429-7）的内容密钥、内容密钥的时间窗、授权使用内容密钥的设备列表（TDL）。KDM确定了某部影片在哪个时间段在哪台设备放映，换句话说，数字影片的发行部门需要知道以上的信息才能制作KDM并向影院发送。作为数字电影放映设备身份识别的数字证书（Cinema Digital Cinema Certificate ，SMPTE 430-2）通常保存在影院播放服务器与数字放映机内部。粤科TMS可以获取所有放映设备数字证书，并支持在影院设备发生变更（增加、状态变更、更换设备）时自动以FLM（Facility List Message，影院设备清单消息，FLM是由SMPTE 430-7中定义的扩展信息，里面除携带设备的数字证书信息外，还有影院信息、每个影厅设备的详细信息）载体形式通过网络向发行部门的FLM管理平台提交放映设备信息，规避了设备证书信息需要通过人工方式上报。除了使用KDM对放映进行限制外，对设备放映信息的监控管理也是预防及追究盗版、限制偷漏票房数据行为的一种必要的技术手段。粤科TMS通过获取存储在影院播放服务器中的放映日志（Cinema Log Records Security，SMPTE 430-4）自动通过互联网上报到监管部门备案。影院投资经营管理方可以通过构建符合自身需求的NOC（网络运营中心）实现对影院的集中化管理、远程监测、故障诊断及修复。对于数字多厅影院，网络运营中心（NOC）远程管理服务器支持与影院管理系统（TMS）中央服务器的网络连接以及进行密钥传送消息（KDM）、日志（LOG）和状态等远程信息通信，从而可实现对影院运行状况的远程实时监测、故障诊断与修复。TMS与NOC之间具有通信接口，当影院设备发生故障时，TMS将即时通知影院管理员并通过通信接口告知NOC，NOC随即通知远程维护部门，以开展对设备的远程诊断和修复。数字影院网络运营中心（NOC）在国际上已经得到一定应用，它可为分布在全球的数字影院系统、数字广告系统等提供24小时的无间断监控和服务，以应对不断增长的数字电影及其广告业务。粤科TMS使用符合面向服务的体系结构（SOA）的Web服务（Web Service）技术进行接口设计。根据影院与NOC间联网的方式不同，粤科TMS设计有两种NOC平台与影院之间数据交换与同步的方式，以适应相应的场景及网络结构。一是实时数据交换。实时方式通常基于存在虚拟内部网（VPN）的场景，平台中心可以直接访问影城网络的情况下，NOC可以实时获取影城运营数据。二是非实时（异步，心跳检测）数据交换。非实时方式适于影城与NOC分别处于不同的独立网络，独立网络只能访问Internet的场景中。异步方式需要设立中转服务器，中转服务器部署于NOC外网中。在NOC管理人员需要获取影城运营数据或者希望控制影城放映的时候，管理人员向NOC中转服务器发送相应控制指令，影城管理系统定时使用的心跳检测手段通过互联网访问中转服务器检查属于自己的指令序列，得到命令后完成对应的查询控制操作，再将结果返回中转服务器完成指令任务，中转服务器再将结果提交到管理平台。五、 结语目前，国内外的TMS都以满足多厅影院的管理需要为目标，国外的TMS一般只能支持自己厂商生产的数字播放服务器。具有自主知识产权，填补国内空白的粤科TMS是唯一支持GDC、Dolby和Doremi三个主流厂商2K/4K数字播放服务器的软件系统，设备兼容性好。粤科TMS严格按照中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T 247-2011影院管理系统基本功能和接口规范进行设计，采用的技术体系先进、起点高。在国内外TMS产品中，粤科TMS独有放映设备信息自动提交、放映日志自动提交、票务系统接口及放映效果监控、放映间机电一体化控制等功能，在数字影院多设备控制及影院管理信息化方面居于国内领先水平。参考文献：1 DCI，数字电影系统规范 V1.22 NATO，数字电影系统需求 V2.03 SMPTE，Proposed 429-7. For Cinema Composition Playlist4 SMPTE，Proposed 430-1. For Cinema Key Delivery Message5 SMPTE，Proposed 430-7.2006 For Cinema Facility List Message6 SMPTE，Proposed 430-3 For Cinema Extra-theater Messaging6 SMPTE，Proposed 430-2 For Cinema D