基于雙網(wǎng)架構(gòu)數(shù)據(jù)存儲與傳輸?shù)母咔逯谱骶W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

王睿

摘 要：隨著數(shù)字高清時(shí)代的到來、網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的發(fā)展，以及相應(yīng)廣電總局提出的高清制作、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊?，高清制播系統(tǒng)成為越來越多電視媒體和節(jié)目制作機(jī)構(gòu)的需求。結(jié)合電視臺衛(wèi)星頻道節(jié)目制作和實(shí)現(xiàn)流程一體化、提升工作效率以及制作系統(tǒng)融入全臺網(wǎng)的需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了包含對新聞?lì)惞?jié)目和大型綜藝節(jié)目制作和推送的高清制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心之處在于數(shù)據(jù)的存儲和傳輸，故存儲架構(gòu)的選取、設(shè)備選型及服務(wù)的配置、接口的連接等都關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的效能。

關(guān)鍵詞：雙網(wǎng)架；數(shù)據(jù)存儲與傳輸；制作網(wǎng)絡(luò)

隨著電視設(shè)備的逐步高清化發(fā)展，高清網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的平臺的建設(shè)是高清節(jié)目產(chǎn)出的前提，而相比標(biāo)清節(jié)目來說，高清節(jié)目的制作對碼流和存儲容量都有較高的要求，這就關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)搭建、數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄魏痛鎯夹g(shù)。而對于高清制作網(wǎng)來說，數(shù)據(jù)傳輸和存儲技術(shù)則是重中之重，這不僅涉及到對于高效能、高傳輸帶寬的網(wǎng)絡(luò)傳輸及存儲設(shè)備的選型配置、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，還將涉及節(jié)目素材的格式和碼率、網(wǎng)絡(luò)安全與維護(hù)等等。

1 制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1.1 高清概述

高清（High Definition），意思是高分辨率，通常把物理分辨率達(dá)到720P以上的規(guī)格稱為高清。一般說的高清包含多個(gè)含義：高清視頻、高清傳輸、高清格式、高清存儲、高清顯示等。由于高清視頻分辨率高、像素量大，未經(jīng)壓縮的高清視頻文件通常需要上百GB、上千GB的存儲空間，所以要通過編碼技術(shù)來解決減小視頻文件體積的問題。目前常見的高清視頻編碼格式主要由H.264，VC-I，MPEG-2，MPEG-4，DivX，XviD，WMA-HD，X264。效果比較好的壓縮編碼為H.264和VC-I。

1.2 網(wǎng)絡(luò)存儲

我們在日常工作和生活中經(jīng)常用U盤、硬盤、存儲服務(wù)器來存放數(shù)據(jù)，這種存放數(shù)據(jù)的介質(zhì)或者設(shè)備就叫存儲。隨著互聯(lián)網(wǎng)上業(yè)務(wù)的增大，需要處理或存儲的數(shù)據(jù)越來越多，針對目前復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，單一的存儲己經(jīng)滿足不了大容量、高速度的需求，這里就涉及到了網(wǎng)絡(luò)存儲。把所有用于存儲的設(shè)備通過一定的方式連接在一起構(gòu)成存儲網(wǎng)絡(luò)，這就叫網(wǎng)絡(luò)存儲。

1.3 視頻壓縮

1）有損壓縮和無損壓縮

視頻壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致的叫無損壓縮，大多數(shù)的無損壓縮采用RLE（run length encoding）行程編碼算法。有損壓縮的視頻文件在壓縮前和解壓縮后數(shù)據(jù)不一致，一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息會在壓縮過程中丟失，并且丟失的信息不可恢復(fù)。為達(dá)到低數(shù)據(jù)率的目標(biāo)，凡乎所有的高壓縮算法都采用有損壓縮。壓縮比越大，丟失的數(shù)據(jù)信息越多，解壓縮后的效果越差。有的壓縮算法采用多次重復(fù)壓縮的方式，這樣會導(dǎo)致丟失更多的數(shù)據(jù)信息。

2）幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮

幀內(nèi)壓縮又叫空間壓縮，它和靜態(tài)圖像壓縮相類似，在壓縮一幀圖像時(shí)，只考慮本幀數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息。幀內(nèi)壓縮的各個(gè)幀之間沒有相互關(guān)系，所以在編輯壓縮后的視頻數(shù)據(jù)時(shí)可以以幀為單位。幀內(nèi)壓縮常采用有損壓縮算法但壓縮率不高。幀間壓縮又叫時(shí)間壓縮，這種壓縮方式一般是無損的。它通過比較時(shí)間輪上的不同幀之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息，根據(jù)這一特征來壓縮相鄰幀之間的冗余量，從而能提高壓縮量、減小壓縮比。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

1.編輯工作站、核心存儲等均要雙網(wǎng)接入，軟、硬件設(shè)備應(yīng)支持光纖和以太網(wǎng)接入，實(shí)現(xiàn)光纖+以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。2.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠達(dá)高帶寬、低延時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)要求。對大數(shù)據(jù)的傳輸要求無錯(cuò)誤且保證實(shí)時(shí)。3.設(shè)備的選型要以高可靠性為原則，為了能夠保證核心設(shè)備的安全性，系統(tǒng)要采用服務(wù)器集群、雙機(jī)熱備、磁盤管理等技術(shù)。管理措施要完善，為使網(wǎng)絡(luò)信息平臺具有可管理性，網(wǎng)絡(luò)管理要配備優(yōu)良的軟件。4.要有一個(gè)安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸模塊，使視音頻素材能安全的進(jìn)入制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為保證文件的安全，該模塊還需提供訪問控制機(jī)制并提供多重安全防范措施。

2.2 存儲架構(gòu)

如果制作網(wǎng)絡(luò)全部采用FCSAN存儲架構(gòu)，那么每一臺服務(wù)器和工作站都需要配備FCHBA卡，而且每增加一臺工作站，光纖交換機(jī)的一個(gè)端口就要被占用，這就對光纖存儲陣列性能要較高求，加之光纖交換機(jī)設(shè)備的價(jià)格本身就較高，成本問題又成了瓶頸。這就需要在性能和成本之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)?；谝陨戏矫娴目紤]，整體架構(gòu)選取FCSAN和NAS的混合存儲架構(gòu)比較理想，也就是FCSAN+NAS雙網(wǎng)架構(gòu)。而針對某些特殊剪輯工作站，比如大素材量節(jié)目挑選及粗剪，可專門配備幾臺小型素材盤陣采用DAS的方式直接與其相連。

2.3 架構(gòu)設(shè)計(jì)

1）硬件架構(gòu)

我們把帶寬高、吞吐量高的工作站既接入以太網(wǎng)又接入光纖網(wǎng)，訪問FC存儲陣列是通過FC光纖通道，而對帶寬要求不是很高的工作站只接入以太網(wǎng)，訪問FC存儲陣列時(shí)通過NAS服務(wù)器。NAS服務(wù)器就相當(dāng)于FCSAN的終端，可以共享訪問到的中心存儲。對于元數(shù)據(jù)的處理我們采用NAS集群架構(gòu)，這種架構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠極大的提高I/O帶寬、I/O的可擴(kuò)展性以及數(shù)據(jù)訪問的并行性，而且能夠充分利用光纖網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)兩者各自的特點(diǎn)，發(fā)揮出兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大的效率。為了建立和維護(hù)一個(gè)快速高效的網(wǎng)絡(luò)，我們根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的分析，在硬件配置方面做出相應(yīng)部署：服務(wù)端、存儲設(shè)備以及客戶端全部采用8Gb通道技術(shù)，硬件配置上均采用8Gb的通道卡和存儲控制器。

2）軟件架構(gòu)

高清制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含有50多個(gè)工作站和一套核心存儲設(shè)備，這50多個(gè)工作站作為客戶端主機(jī)訪問核心存儲設(shè)備需要統(tǒng)一管理權(quán)限和共享訪問權(quán)限，這就需要在客戶端主機(jī)安裝專門的存儲共享管理軟件或共享文件系統(tǒng)。本系統(tǒng)在充分考慮了軟件性能和系統(tǒng)易用性的前提下采用新奧特的ASFS智能媒體管理系統(tǒng)。該共享文件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)策略是“集中決策，分布處理”，這種策略不但能保障決策邏輯的統(tǒng)一性，還可以提高處理的效率。在軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)上，ASFS采用模塊化、層次化、積木式的體系結(jié)構(gòu)，各構(gòu)成模塊可靈活組合和配置，即能支持多種產(chǎn)品發(fā)布的方式，又能適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境。

2.4 中心存儲模塊

該高清制作網(wǎng)的核心組成模塊是中心存儲備份，節(jié)目素材和節(jié)目成片保存的位置就在中心存儲里。其他設(shè)備直接或者間接的和中心存儲相連接，也體現(xiàn)出了中心存儲模塊的核心地位。該高清制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含的50個(gè)高清工作站數(shù)據(jù)的獲取都需要訪問共享存儲，所以中心存儲模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享必須保證安全可靠，因?yàn)橄到y(tǒng)的搭建需要選擇具有高帶寬、大容量性能的設(shè)備。為了滿足高清制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對存儲高性能和磁盤陣列具備擴(kuò)展性的的要求，該系統(tǒng)在構(gòu)建中心存儲模塊時(shí)選用了美國Infortend公司的6套ESVA磁盤陣列。具有擴(kuò)展能力的磁盤陣列的選擇是為未來網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容考慮，并且為未來增加帶寬需求提供彈性空間。這套存儲陣列系統(tǒng)配備了雙控制器冗余電源和兀余風(fēng)扇，不僅能夠確保了素材安全而且該系統(tǒng)配置管理簡單，易于操作維護(hù)。

總之，隨著廣電行業(yè)的發(fā)展科技的進(jìn)步也不斷催生著新媒體的產(chǎn)生，傳統(tǒng)的電視技術(shù)也過渡到了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的平臺。數(shù)據(jù)存儲和傳輸技術(shù)也不斷成熟，這對廣電行業(yè)來說是個(gè)機(jī)遇也是個(gè)挑戰(zhàn)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是建立在這種背景之下。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)不僅滿足了電視臺節(jié)目制作、采集、存儲、傳輸、存檔、播出等一系列流程需求，也滿足了在高帶寬、安全性、穩(wěn)定性方面的要求，簡化了工作的流程，減少了物力、人力，提高了工作的效率。對廣電總局提出的“電視節(jié)目制作播出數(shù)字化、節(jié)目傳輸交換網(wǎng)絡(luò)化，該系統(tǒng)可作為一個(gè)有價(jià)值的實(shí)例。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊楓，陳鴻. 高清節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 廣播與電視技術(shù)，2010，12：49-51.

[2] 王麗. 基于雙網(wǎng)架構(gòu)的高清制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J]. 中國有線電視，2016，05：649-651.

[3] 魯書恒. 電視臺高清制作網(wǎng)的設(shè)計(jì)探討[J]. 科技傳播，2017，08：24-25.endprint