TeleWave/docs/media-storage-and-streaming.md

Хранение медиа и линейный эфир

Проектное решение для следующего этапа TeleWave: библиотека контента, автоматическое программирование каналов и раздача линейного эфира. Документ описывает согласованный дизайн — реализации пока нет.

Что строим

Админ работает не со слотами вручную, а с библиотекой шоу и правилами канала:

1. Загружает контент в библиотеку: шоу (сериал с упорядоченными сериями либо полнометражка) и рекламные врезки. Загруженное переиспользуется — одно шоу можно ставить на разные каналы.
2. Создаёт канал (например «Мультики»), добавляет в него несколько шоу с весами и размером блока (сколько серий подряд крутить за раз), плюс пул рекламы и политику её вставки.
3. Планировщик сам строит расписание на несколько дней вперёд: взвешенно-случайно выбирает шоу, ставит блок из K серий подряд (продолжая сериал с того места, где он остановился), между блоками/сериями вставляет рекламу — и так встык, без дыр.

Пример эфира «Мультиков»: 3 серии Симпсонов подряд → реклама → 2 серии другого шоу → реклама → полнометражка → реклама → снова Симпсоны (следующие невиденные серии) — и дальше по кругу.

Принятые решения

Вопрос	Решение
Модель канала	Линейное вещание; программы идут встык, расписание строит система
Доставка	Пре-сегментированный HLS; эфирный m3u8 генерируется математикой, ffmpeg в рантайме не запущен
Программирование	Взвешенная случайная ротация шоу; блок подряд за выбор
Размер блока	На выбор: по числу серий (K) или по времени (~M минут, набор серий по их длине)
Марафоны / override	Отдельная сущность на окне [от, до]: подменённые веса или эксклюзив шоу
Библиотека	Общая: шоу и реклама переиспользуются между каналами
Порядок серий	Серии сериала идут строго по порядку; «следующая» выводится из хвоста расписания
Конец сериала	Дошли до последней серии — по кругу с первой
Реклама	Пул на канале, политика вставки настраивается (между блоками / между сериями)
Дыры в эфире	В норме их нет (встык); филлер — аварийная подстраховка
Длина сегмента	2 секунды — вход в эфир ≈6с
Исходники	Разношёрстные (mkv/avi, HEVC, AC3) — нормализация транскодом обязательна
Наполнение	Загрузка через админку и ручная укладка в inbox/ со сканером
Путь хранилища	Корень — в env, относительные подпути — в БД
Качество	Одно: 1080p, ~4 Мбит/с
Оригиналы	Удаляются после успешной нарезки
Защита потока	Отдельная httpOnly cookie с ограниченным Path
Обработка	Сразу после загрузки, с nice и -threads 3
Масштаб	1–5 каналов, до 10 одновременных зрителей

Доменная модель наполнения

Всё в стиле существующего RefreshToken: rich model, приватные сеттеры, фабрики, поведенческие методы.

Domain

• Media/MediaAsset — один видеофайл. Статус (Pending|Processing|Ready|Failed), точная длительность (кратная 2с), SegmentCount, относительный путь, метаданные (разрешение, кодеки, битрейт), исходное имя файла. Роль (серия/реклама) определяется тем, откуда на него ссылаются, а не полем самого ассета; для фильтрации в админке допустима мягкая метка kind.
• Library/Show — переиспользуемое шоу в общей библиотеке. Имя, описание, ShowKind (Series | Single), упорядоченный список серий (ShowEpisode: позиция + MediaAssetId). Полнометражка — это Single с одной серией.
• Broadcast/Channel — slug, название, вкл/выкл, EpochUtc, политика рекламы (AdInsertion: BetweenBlocks | BetweenEpisodes, AdsPerBreak), FillerAssetId (подстраховка).
• Broadcast/ChannelShow — связка канал↔шоу: Weight (частота в случайном выборе), BlockMode (Count | Duration) и BlockValue (число серий K либо бюджет в минутах M), вкл/выкл, а также NextEpisodeIndex — персональный для этого канала курсор серий. Для Single блок = 1 серия. «Шоу по одной серии» = Count/K=1.
• Broadcast/ChannelAd — связка канал↔рекламный ассет: пул врезок канала.
• Broadcast/ProgrammingOverride — временный override на канале: окно [StartsAtUtc, EndsAtUtc], режим (Exclusive — только это шоу; Boost — подменённые веса), ссылка(и) на шоу. На пересечении окна с генерируемым временем планировщик использует override вместо базовой ротации. Марафон на день — это Exclusive-override на 24ч с большим временным блоком. Повторяемость (напр. «каждую субботу») — задел на будущее, в первой версии override разовый.
• Broadcast/ScheduleEntry — материализованная запись расписания: канал, MediaAssetId, StartsAtUtc, EntryKind (Program | Ad), для программ — ShowId и номер серии (для EPG). Генерируется планировщиком на несколько дней вперёд.

Курсоры серий и рекламы — персистентные (ChannelShow.NextEpisodeIndex, Channel.NextAdIndex), их двигает планировщик по мере постановки в расписание. Так серии идут по порядку и продолжаются через дни, а курсор переживает чистку старых ScheduleEntry по ретеншну (вывод «из хвоста» этого не гарантировал бы для редко играемых шоу). Заворот на первую серию — (index + 1) % count.

Компромисс: при перегенерации будущего хвоста (правка конфигурации канала) удалённые из будущего серии уже «отмотаны» курсором вперёд и однократно пропускаются — для домашнего канала это незаметно, зато код без сложной «перемотки» курсоров. Расширение горизонта (обычный тик) ничего не удаляет и пропусков не даёт.

Планировщик

Доменный сервис SchedulePlanner + BackgroundService, который держит у каждого включённого канала расписание, покрывающее now + HorizonDays (например 3 дня). Тик раз в Scheduler__TickMinutes дописывает хвост от времени окончания последней записи.

Генерация одного шага для канала (от lastEnd):

1. Определить активную политику на момент lastEnd: если время попадает в окно ProgrammingOverride — берём его (Exclusive фиксирует одно шоу, Boost подменяет веса), иначе базовую ротацию канала.
2. Взвешенно-случайный выбор включённого ChannelShow по действующим весам (System.Random, seed на генерацию логируется для воспроизводимости; отдельного состояния не требует, т.к. результат материализуется).
3. Набрать блок серий подряд от «следующей» (курсор NextEpisodeIndex), с заворотом на первую по достижении конца:
   • BlockMode = Count — ровно BlockValue серий;
   • BlockMode = Duration — добавлять серии, пока суммарная длительность не достигнет BlockValue минут (учитывается реальная длина каждой серии; последняя серия, переваливающая за бюджет, либо входит целиком, либо отсекается по правилу «ближе к бюджету» — фиксируем «входит целиком», чтобы не резать серии). Каждую серию дописать как Program встык.
4. Вставить рекламу по политике канала: BetweenBlocks — после блока; BetweenEpisodes — после каждой серии. Взять AdsPerBreak врезок из ротации пула, дописать как Ad.
5. Повторять, пока не покрыт горизонт.

Ключевой инвариант — встык: StartsAt каждой следующей записи равен StartsAt + Duration предыдущей. Так как каждая длительность кратна 2с (см. ниже), все старты автоматически кратны 2с от эпохи — выравнивание на сегмент держится само собой, без часовой сетки и без дыр.

Правка на лету. После изменения весов/блоков/рекламы/состава шоу или добавления override админ дёргает перегенерацию канала (POST /api/admin/channels/{id}/regenerate): удаляется ещё не стартовавший хвост (записи с StartsAtUtc >= now), сохраняется текущая идущая программа, и хвост достраивается заново от её конца. Обычный фоновый тик только расширяет горизонт (без удаления). Override, начинающийся в будущем, подхватится и штатным тиком.

Ретеншн. Прошедшие ScheduleEntry старше Scheduler__RetentionHours можно удалять (оставляя небольшое окно назад для EPG «что только что было»). Сегменты ассетов при этом не трогаются — ассеты переиспользуются, чистится только расписание.

Дыры. В норме их нет. Если у канала нет ни одного включённого шоу с готовыми сериями (или планировщик отстал) — эфир играет FillerAssetId по кругу, пока не появится расписание.

Ключевой инвариант: выравнивание на длину сегмента

Длина сегмента — 2 секунды (Storage__SegmentSeconds). При нарезке длительность каждого ассета дополняется до кратности 2с (хвост добивается чёрным кадром). Тогда встык-программирование даёт старты, кратные 2с, а EXT-X-MEDIA-SEQUENCE = (now - epoch) / 2 монотонен по построению.

Без выравнивания хвосты программ были бы некратны сегменту, а счётчик MEDIA-SEQUENCE «съезжал» бы относительно фактического числа сегментов — плееры реагируют пропуском или повтором сегмента. Плата — до 2с чёрного экрана на стыке, практически незаметно.

Построение эфирного окна

BuildLiveWindow(расписание, филлер, now, windowSegments, segmentSeconds)
    → (mediaSequence, discontinuitySequence, сегменты[])

Окно — 10 сегментов (20с). Идём назад от now, для каждого 2-секундного слота находим запись расписания (программу или рекламу) и позицию сегмента в её ассете как (now - StartsAt) / 2. На стыке записей ставим EXT-X-DISCONTINUITY (склейка разнородного контента и рекламы). Всё время — UTC; локальный пояс показывает фронтенд. Раздача встык — типичный случай без филлера; филлер подставляется только при пустом расписании.

Это самая ответственная часть системы, покрывается юнит-тестами: границы записей, вставка рекламы, монотонность MEDIA-SEQUENCE, правка хвоста на лету, вывод «следующей серии» из расписания. Нагрузка на API при 10 зрителях — ~5 запросов/с за сегментами и ~5 за плейлистами, пренебрежимо.

Раскладка на диске

Хост: sdb (700G) — один раздел ext4, смонтирован в /srv/telewave/media, проброшен в контейнер как /media (см. docs/server-storage-setup.md).

/media
├── inbox/                  # ручная укладка файлов (SFTP/rsync), подбирается сканером
├── uploads/                # незавершённые chunked-загрузки из админки
├── originals/{assetId}/    # исходник; удаляется после успешной нарезки
└── assets/{assetId}/
     ├── seg00000.ts …      # сегменты строго по 2с
     └── index.m3u8         # VOD-плейлист ассета (превью в админке)

Сегменты — MPEG-TS (стыки через EXT-X-DISCONTINUITY без EXT-X-MAP). Ёмкость при 1080p ~4 Мбит/с: час ≈ 1.8 ГБ → ~390 часов на 700G (оригиналы удаляются). Ассеты переиспользуются многими каналами и записями расписания, поэтому библиотека растёт медленнее, чем «часы эфира».

Обработка при загрузке

Единственное место, где работает ffmpeg. Исходники разношёрстные, -c copy не применим:

nice -n 10 ffmpeg -i src \
  -threads 3 \
  -c:v libx264 -preset veryfast -crf 21 -maxrate 4500k -bufsize 9000k \
  -vf "scale='min(1920,iw)':-2" \
  -force_key_frames "expr:gte(t,n_forced*2)" -sc_threshold 0 \
  -c:a aac -b:a 128k -ac 2 -ar 48000 \
  -f hls -hls_time 2 -hls_playlist_type vod -hls_list_size 0 \
  -hls_segment_filename seg%05d.ts index.m3u8

• scale='min(1920,iw)':-2 — не апскейлим то, что меньше 1080p.
• -force_key_frames expr:gte(t,n_forced*2) надёжнее фиксированного -g при нецелых fps.
• -sc_threshold 0 убирает сцен-детект, иначе сегменты перестанут быть ровными.
• maxrate 4500k — ключевой кадр каждые 2с стоит ~5–10% битрейта.
• -threads 3 + nice оставляют ядро эфиру. Финальный шаг — добивка хвоста до кратности 2с.

Очередь обработки: System.Threading.Channels + BackgroundService, строго одна задача за раз. Inbox-сканер — второй BackgroundService: замечает новый файл, ждёт стабилизации размера, заводит MediaAsset в Pending и ставит в очередь. Из inbox файлы попадают в библиотеку как отдельные ассеты; привязка к шоу/сериям — уже действие админа в UI.

Слои и API

Application — порты IMediaStorage (резолв путей, запись, удаление, свободное место), IMediaProcessor (ffprobe + нарезка), IMediaProcessingQueue. Команды: CreateShow, AddEpisode, CreateChannel, AddChannelShow (вес + режим блока), SetAdPolicy, AddChannelAd, CreateProgrammingOverride, DeleteProgrammingOverride, DeleteMediaAsset, RegenerateSchedule, ScanInbox. Запросы: GetLivePlaylist, GetChannelEpg, ListChannels, ListShows, ListMediaAssets.

Infrastructure — FileSystemMediaStorage, FfmpegMediaProcessor, SchedulePlanner, фоновые сервисы очереди, сканера и планировщика.

Api — публичное: GET /api/channels, GET /api/channels/{slug}/live.m3u8, GET /api/channels/{slug}/epg, GET /api/stream/{assetId}/{segment}.ts. Админское: /api/admin/media/*, /api/admin/shows/*, /api/admin/channels/*.

Конфигурация

Storage__RootPath=/media
Storage__SegmentSeconds=2
Storage__LiveWindowSegments=10
Storage__KeepOriginals=false
Storage__MinFreeSpaceBytes=10737418240
Media__FfmpegPath=/usr/bin/ffmpeg
Media__FfprobePath=/usr/bin/ffprobe
Media__MaxUploadBytes=21474836480
Scheduler__HorizonDays=3
Scheduler__RetentionHours=24
Scheduler__TickMinutes=30

В БД хранятся только относительные пути (assets/{id}), никогда абсолютные. Смена корня — это перемонтирование volume и рестарт, поэтому корню место в env, а не в настройках админки. IMediaStorage.Resolve(relative) обязан проверять, что итоговый путь физически внутри корня — часть путей приходит из имён загруженных файлов, это прямой вектор path traversal.

Отдача и защита

Сегменты иммутабельны → Cache-Control: public, max-age=31536000, immutable. Плейлист → no-cache. Отдача через SendFileAsync; отдельный nginx не вводится (нарушило бы единый контейнер). Узкое место на 10 зрителях — сеть (~40 Мбит/с), не CPU.

Защита — короткоживущая httpOnly cookie tw_stream (Path=/api/stream, SameSite=Strict, подписанный токен с id пользователя). Работает и с hls.js, и с нативным HLS в Safari/iOS, где Authorization поставить некуда. Продлевается на каждом ответе плейлиста — а тот запрашивается каждые ~2с, поэтому cookie живёт, пока зритель смотрит.

Ресурсы сервера

Замеры на tvvm: 4 vCPU, память динамическая до 8 ГБ, диск sdb 700G. Видеоадаптер — 1234:1111 (эмулируемый QEMU/Bochs stdvga), в /dev/dri только card0 без renderD128: аппаратное кодирование недоступно, транскод только на CPU. veryfast 1080p при -threads 3 — ~1.5–3× realtime (полуторачасовой фильм 30–60 мин в фоне).

Памяти при 8 ГБ достаточно. Но выделение динамическое, а .NET настраивает GC по памяти при старте, поэтому в compose нужен явный mem_limit (например 3g) — детерминированный cgroup-лимит вместо плавающего значения хоста, заодно предсказуемый выбор OOM-killer. Загрузка стримится на диск без буферизации тела в память: chunked-куски пишутся в uploads/, complete делает атомарный move внутри той же ФС.

Открытые эксплуатационные вопросы

• Удаление ассета/шоу запрещать, пока на них ссылается будущее расписание или пул канала.
• Свободное место: проверка перед загрузкой и индикация в админке (DriveInfo.AvailableFreeSpace), отказ ниже Storage__MinFreeSpaceBytes.
• Что показывать зрителю на границе рекламы в EPG (скрывать врезки или показывать «Реклама»).