電視臺ＨＤＡＰＳ中硬盤關(guān)鍵技術(shù)的研究

孫　勇　任月琳

摘要：本文介紹了電視臺硬盤自動播出系統(tǒng)主要技術(shù)，分析研究了其中的硬盤的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：硬盤；RAID；播出系統(tǒng)

中圖分類號：TP312文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Application Research on the Hard Disk of the HDAPS for Television Station

SUN Yong,REN Yue-lin

(1.Zhejiang Economic & Trade Polytechnic,Information Technology Department,Hangzhou 310018,China;2.Zhejiang University of Media And Communications,Hangzhou 310018,China)

Abstract:The paper introduces the main technology of Hard Disk Auto Play System,analyses the key technology of Hard Disk in that System.

Key words:Hard Disk;RAID;Play System

近年來， “硬盤自動播出系統(tǒng)（Hard Disk Auto PLAY System，簡稱HDAPS）”逐漸淘汰了原來以切換臺為核心，由錄像機主播的模擬播出方式，跨入由硬盤播出服務器為主、通過自動切換器轉(zhuǎn)播其他電視節(jié)目為輔助的全自動硬盤播出時代。硬盤自動播出系統(tǒng)，簡稱自動播出，其基本工作原理是：首先將要播出的電視節(jié)目信號如模擬信號或數(shù)字信號通過采集卡進行視頻信號轉(zhuǎn)換并存儲到計算機硬盤中，然后用自動播出軟件編排節(jié)目播出表，最終由專業(yè)播出板卡輸出音視頻信號到播出發(fā)射設備。[1]

電視臺硬盤自動播出系統(tǒng)作為一個全新的技術(shù)對廣電系統(tǒng)數(shù)字化進程意義重大，而硬盤在這個系統(tǒng)中起到十分重要的作用，本文主要就針對其相關(guān)硬盤部分的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。

1 硬盤自動播出系統(tǒng)中高速視頻硬盤的應用

由于在硬盤自動播出系統(tǒng)中傳輸?shù)囊曨l信號具有數(shù)據(jù)量大、傳輸速率高的特點，因此對硬盤的要求較高。那么如何為系統(tǒng)選擇合適硬盤類型呢？它與現(xiàn)在普遍使用的硬盤有什么重要的區(qū)別呢？本文將從以下幾個方面進行考量。

從主軸轉(zhuǎn)速上考量

硬盤的轉(zhuǎn)速多為5400rpm、7200rpm、10000rpm和15000rpm。轉(zhuǎn)速越高意味著硬盤的平均尋道時間越短，能夠更迅速找到需要的磁道和扇區(qū)?，F(xiàn)在普通的IDE硬盤轉(zhuǎn)速一般達到7200rpm，而硬盤播出系統(tǒng)需求的是高速視頻硬盤，其轉(zhuǎn)速應達到10000rpm及以上

從硬盤接口方面考量

硬盤接口是硬盤與主機系統(tǒng)間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)。不同的硬盤接口決定著硬盤與計算機之間的連接速度。硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，也部分應用于服務器，SCSI接口的硬盤則主要應用于服務器市場，而光纖通道只在高端服務器上，價格昂貴。SATA是種新生的硬盤接口類型，已經(jīng)逐步代替IDE硬盤在市場的地位。相比較而言，硬盤播出系統(tǒng)中的硬盤系統(tǒng)需要具有應用范圍廣、多任務、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等特點，而SCSI接口硬盤正好滿足這些要求，具有較高的性價比。采用Ultra WIDE、Ultra 2 WIDE、Ultra 160/m標準的SCSI接口速度已經(jīng)分別可以達到40MB/s、80MB/s、160MB/s，現(xiàn)在Ultra 320標準已經(jīng)確定，數(shù)據(jù)傳輸率已經(jīng)達到了320MB/s。[2]這樣將有利于提高視頻信號的存儲時間以及存儲質(zhì)量。從目前國內(nèi)各級電視臺針對硬盤自動播出系統(tǒng)的應用和籌建需求的考察，SCSI接口硬盤是系統(tǒng)中較為廣泛的選擇。但隨著硬盤播出系統(tǒng)的不斷完善以及多頻道播出和大量新興業(yè)務播出的需要，針對多硬盤存儲系統(tǒng)，為提高多硬盤存儲系統(tǒng)的速度和靈活性而開發(fā)的光纖通道硬盤將成為今后的發(fā)展趨勢，它具有熱插拔性、高速帶寬、遠程連接、連接設備數(shù)量大等特點，能滿足高端工作站、服務器、海量存儲子網(wǎng)絡、外設間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對高數(shù)據(jù)傳輸率的要求。

從熱插拔特性方面考量：

熱插拔(Hot Swap)是一些服務器支持的硬盤安裝方式，電視臺硬盤自動播出系統(tǒng)中需要在服務器不停機的情況下拔出或插入硬盤，而操作系統(tǒng)可自動識別硬盤的改動。這種技術(shù)對于24小時不間斷運行的服務器特別是的視頻服務器來說是非常必要的。普通的硬盤一般不支持熱插拔，所以我們需要為硬盤播出系統(tǒng)選擇符合熱插拔標準的高速視頻硬盤才可以實現(xiàn)熱插拔，達到系統(tǒng)的需求。

從緩存容量方面考量

提高硬盤高速緩存的容量也是一條提高硬盤整體性能的捷徑。因為硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外部傳輸速度不同。因此需要緩存來做一個速度適配器。緩存的大小對于硬盤的持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速度有著極大的影響。它的容量有512KB、2MB、4MB，甚至8MB或16MB，對于視頻捕捉、影像編輯等要求大量磁盤輸入/輸出的工作，大的硬盤緩存是非常理想的選擇。高速視頻硬盤一般都配置了容量相對較大達到8MB及以上。同時，高速視頻硬盤采用了巨型磁阻磁頭(GMR)技術(shù)，其讀、寫分別由不同的磁頭來完成，大大提高了硬盤的速度。而IDE硬盤的緩存容量則比較小，一般為2MB，雖然現(xiàn)在也出現(xiàn)了8MB緩存的IDE硬盤，提高了一些IDE硬盤的性能，但是由于IDE硬盤的先天不足，所以其性能沒有得到顯著的提升。

從擴展性方面考量

高速視頻硬盤的擴展性要比IDE好得多。一般每個IDE系統(tǒng)可有兩個IDE通道，總共連4個IDE設備，使用比較特殊技術(shù)的主板也只能最大支持8個設備。而SCSI接口可連接7~15個設備，比IDE要多很多?，F(xiàn)在IDE只有硬盤和光驅(qū)兩類設備，SCSI則多得多，比如掃描儀、打印機等。IDE的電纜長度大約為45cm，SCSI則可以達到1.5~12m，甚至更長，安裝的自由度高了很多。由于高速視頻硬盤設備的中斷共享，即只由SCSI卡占用一個中斷，連接在其上的設備由SCSI卡提供ID地址。因此使中斷得到了擴展，解決了出現(xiàn)中斷沖突的問題。

從多任務方面考量

高速視頻硬盤支持多任務，表現(xiàn)在它允許對一個設備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，另一設備對其進行數(shù)據(jù)查找，這在如網(wǎng)絡服務器系統(tǒng)中非常重要，因為它們經(jīng)常需要同時處理許多并行請求，此時如果存儲系統(tǒng)不支持多任務性，那存儲系統(tǒng)都不知道該去響應誰的請求了。

2 硬盤自動播出系統(tǒng)中RAID存儲技術(shù)的應用

在廣播電視行業(yè)，特別是硬盤播出系統(tǒng)中硬盤系統(tǒng)安全、高速一直放在首要位置，硬盤播出系統(tǒng)的核心設備是視頻服務器，而存儲的介質(zhì)便是硬盤，因此視頻服務器所管理的硬盤存儲技術(shù)是硬盤播出系統(tǒng)又一關(guān)鍵技術(shù)。視頻服務器的硬盤均采用RAID技術(shù)， RAID是由美國加州大學伯克利分校的D .A .Patterson教授在1988年提出的。直譯為“廉價冗余磁盤陣列”，簡稱為“磁盤陣列”。通俗而言，RAID技術(shù)是將多塊硬盤組成一個陣列，將數(shù)據(jù)以分段方式存儲在不同的磁盤中，存取數(shù)據(jù)時陣列中相關(guān)磁盤一起動作，這樣可大大減少數(shù)據(jù)的存取時間。

RAID技術(shù)具有以下特點：

(1)傳輸速率高

在RAID中，可以讓多個磁盤驅(qū)動器同時并行傳輸數(shù)據(jù)，而這些磁盤驅(qū)動器在邏輯上又呈現(xiàn)出一個磁盤驅(qū)動器，便于操作系統(tǒng)管理，所以使用RAID可以達到單個磁盤驅(qū)動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率，這也是RAID最初想要解決的問題。因為當時CPU的速度增長很快，而磁盤驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸速率無法大幅度提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾，這是RAID技術(shù)得以成功的最重要原因。

(2)提供容錯能力

普通磁盤驅(qū)動器無法提供容錯功能，像寫在磁盤上的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼的技術(shù)只是一種軟件技術(shù)，而RAID容錯能力是建立在每個磁盤驅(qū)動器的硬件容錯上的，所以它所提供的安全能力是軟件容錯技術(shù)所無法做到的。

目前用于廣電行業(yè)的視頻服務器的硬盤陣列多采用RAID 3與RAID 5

RAID 3采用奇偶校驗碼技術(shù)，把數(shù)據(jù)分成多個“塊”，按照一定的容錯算法，以位或字節(jié)為單位，存放在N+1塊硬盤上，實際數(shù)據(jù)占用的有效空間為N塊硬盤的空間總和，而第N十1塊硬盤上存儲的數(shù)據(jù)是校驗容錯信息，用一塊硬盤來存儲校驗碼。但其存在的問題是當要向某一塊硬盤的某一個扇區(qū)寫入數(shù)據(jù)的時候，就要讀取其他數(shù)據(jù)硬盤相同位置的數(shù)據(jù)，并算出校驗碼再寫入存儲校驗碼的硬盤。所以，RAID 3不適合需要經(jīng)常寫入零碎文件的場合。當更換一塊新硬盤后，系統(tǒng)可以重新恢復完整的校驗容錯信息。由于在一塊硬盤陣列中，多于一塊硬盤同時出現(xiàn)故障率的幾率很小，所以一般情況下，使用RAID 3安全性是可以得到保障的。與RAID 0相比，RAID 3在讀寫速度方面相對較慢。

RAID 5采用無獨立校驗盤的奇偶校驗磁盤陣列技術(shù)，即將本來存儲在一塊硬盤上的奇偶校驗塊按一定的順序平均放到每一塊硬盤上。這樣做就避免了在存儲數(shù)據(jù)的時候?qū)πｒ炗脖P過于頻繁的讀寫，同時這也大幅度提高了寫入零散數(shù)據(jù)時的效率。具有讀寫速度快、空間利用

RAID技術(shù)具有海量存儲、數(shù)據(jù)可自動恢復、安全性好等優(yōu)點，它不僅很好的實現(xiàn)了廣播電視節(jié)目制作、播出時的資源共享，同時也解決了節(jié)目播出所需要的安全性問題。隨著RAID技術(shù)的不斷發(fā)展，它必定會得到更廣泛的應用。

參考文獻：

[1]硬盤自動播出系統(tǒng)用戶手冊.www.AutoPLAY.cn,2006.12.10

[2]技術(shù)與優(yōu)勢：詳談SCSI硬盤

收稿日期：2008-03-10