網(wǎng)絡(luò)化非線性編輯系統(tǒng)研究與開發(fā)

陳友南

1972年，世界上第一臺非線性編輯系統(tǒng)CMX-600投入使用后，由于其具有將視頻數(shù)字化和制作過程簡單快捷等優(yōu)點而備受業(yè)內(nèi)人士歡迎。隨著計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，非線性編輯技術(shù)也日新月異，在短短30多年間，經(jīng)歷了板卡式的非編系統(tǒng)、無卡非編系統(tǒng)、CPU+GPU+I/0的非線性編系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化的非編系統(tǒng)幾個階段。探討非編系統(tǒng)的進一步開發(fā)，面對提高訪問速度和運行的安全性這兩大非編系統(tǒng)發(fā)展瓶頸，合理設(shè)計網(wǎng)絡(luò)化非線性編輯系統(tǒng)就成為當務(wù)之急。解決這一難題，對于提高節(jié)目的制作質(zhì)量和構(gòu)建系統(tǒng)的投入都具有刻不容緩的實際意義。

一、網(wǎng)絡(luò)化非線性編輯系統(tǒng)的構(gòu)建原則

網(wǎng)絡(luò)化非線性編輯系統(tǒng)的設(shè)計是否合理是關(guān)系到能否制作出高質(zhì)量節(jié)目和資金投入的根本問題，一般說來，其設(shè)計需按以下原則：(1)根據(jù)所需制作影視節(jié)目的質(zhì)量和對象確定網(wǎng)絡(luò)非編的檔次。網(wǎng)絡(luò)化非線性編輯系統(tǒng)相對來說資金投放是較大的，要根據(jù)制作節(jié)目質(zhì)量的要求和使用對象合理組網(wǎng)。(2)有較高的可靠性或系統(tǒng)安全性。整個系統(tǒng)運行要穩(wěn)定可靠，在編輯過程中要流暢，對整個系統(tǒng)要有相應(yīng)的備份等安全措施，在防止外界病毒入侵，防止非法操作和誤操作都要做到符合相應(yīng)的要求。(3)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)要有一定的先進性，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件和非編軟件，要具有時代性，在有限的資金下作出最合理的配置，在兼容性和維護方面要有一定的先進性。(4)系統(tǒng)要具有升級擴展空間。在電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，為了適應(yīng)實際發(fā)展的需要，系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件方面都應(yīng)具有升級的能力。(5)要有較高的性價比。合理配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備，要全面地提高整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性價比。

二、網(wǎng)絡(luò)化非線性編輯系統(tǒng)的構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)化非線性編輯系統(tǒng)主要由中央存儲系統(tǒng)、組網(wǎng)構(gòu)架、管理和非編軟件、編輯工作站組成。

1.中央存儲系統(tǒng)。

中央存儲系統(tǒng)主要由磁盤柜陣列、陣列控制器和周邊的電源、風扇、存放磁盤的機柜等組成。

磁盤柜陣列。磁盤陣于1987年由美國加州大學(xué)伯克利分校首先提出，磁盤存儲陣列簡稱RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫，中文簡稱為磁盤陣列。是由一定數(shù)量的獨立磁盤組成一個容量大的磁盤。

磁盤陣列的方式選擇。磁盤陣列的接口方式與磁盤的接口技術(shù)發(fā)展有關(guān)?，F(xiàn)有的磁盤陣列有IDE、SATA、SCSI、SAS、FC、ISCSI等幾種。

IDE、SATA、SCSI、SAS接口的磁盤陣列相對于FC(Fibre Channel，光纖)、iSCSI磁盤陣列，其訪問速度慢和反應(yīng)能力不夠靈敏，所以一般用在中低端的網(wǎng)絡(luò)非編系統(tǒng)，F(xiàn)C、iscsI磁盤陣列具有很高的訪問速度和良好的反應(yīng)能力，一般用在高端的網(wǎng)絡(luò)非線性編輯系統(tǒng)。

磁盤陣列數(shù)據(jù)安全設(shè)計。磁盤陣列對數(shù)據(jù)存儲安全管理方面可分為RAID0，RAIDl，RAID0+1，RAID3，RAID5等。RAID0是最簡單的形式，把一定數(shù)量的硬盤簡單地串聯(lián)在一起，擴大了硬盤的容量，訪問速度沒變化，并且是沒有冗余或數(shù)據(jù)修復(fù)能力，一般只用于對讀寫速度要求不高和對數(shù)據(jù)安全級別較低的陣列中應(yīng)用；RAIDl是對每個磁盤的讀寫都有一個對應(yīng)的鏡像盤。RAIDl可以在一半數(shù)量的硬盤出現(xiàn)問題時不間斷地工作，但存儲空間只是所有磁盤容量總和的一半，而且在讀寫時要進行二重讀寫，從而加重了負載和減低了速度。RAID0+1是綜合RAID0和RAIDl優(yōu)點的磁盤陣列；RAID3采用的是一種較為簡單的校驗實現(xiàn)方式，使用一個專門的磁盤存放所有的校驗數(shù)據(jù)，而在剩余的磁盤中創(chuàng)建帶區(qū)集分散數(shù)據(jù)的讀寫操作。這樣就提高了數(shù)據(jù)存儲空間從而減少了冗余的開銷；RAID5是RAID3的改良，把所有的校驗塊分散到所有的數(shù)據(jù)盤校驗盤，現(xiàn)高端產(chǎn)品一般采用RAID3或RAID5的數(shù)據(jù)冗余。

磁盤陣列容量的選擇。之所以網(wǎng)絡(luò)非編用磁盤陣列除了有非?？斓脑L問速度外，還能得到非常大的存儲空間。磁盤陣列容量的設(shè)計主要是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)非編在一定時間段所要做電視節(jié)目量的大小和素材在磁盤陣列需保存的時間長短以及視頻清晰度的檔次決定。

例如：某個制片公司每星期需制作10小時的影片，制片時素材在陣列保存時間為一個月(按四周算)，成片時間與素材之比一般按1∶5算，這樣一個月所需總時間為：10×4×6=240小時的存儲空間。存儲時如格式是用MPEG-2格式，每幀的碼流為50M，按8∶1的壓縮可算出一小時的音視頻所需的存儲空間為：50×3600/8/1024+48×2×3600/1024/1024=22.01Mb×240=5.28TB，式中l(wèi)TB=1024Mb，如選每個獨立的磁盤為300G，所以5.28TB/0.3TB=17.6≈18個，如采用高效率高安全性的RAID5的磁盤陣列存儲技術(shù)，所需磁盤的個數(shù)為18+2=20個。

磁盤陣列控制器。在中高端的磁盤陣列一般都配帶智能磁盤控制器。磁盤控制器是介于主機和磁盤之間的控制單元，專門對磁盤陣列的數(shù)據(jù)讀寫和數(shù)據(jù)安全進行管理。使主機從中解放出來，為了實現(xiàn)無單點故障的中高端磁盤陣列都配置了兩個以上的磁盤控制器，部分高端產(chǎn)品還可以運行基于磁盤陣列的存儲管理軟件，對磁盤陣列進行全方位的管理。采用雙控制器的產(chǎn)品常見的有IBM DS系列、HP EVA系列、EMC CLARIION系列、HDS Thunder95系列等，一般用于中低端網(wǎng)絡(luò)非編。掌握高檔多控制器體系結(jié)構(gòu)磁盤陣列產(chǎn)品技術(shù)的廠家不多，技術(shù)比較成熟的有EMC和HDS公司，如HDS—USP/IBM 8300、EMC DMX4—950等產(chǎn)品。這些高端的磁盤陣列在可靠性和訪問速度方面幾乎達到了完美，在高端的非編網(wǎng)和電信、銀行等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和認可。

為了數(shù)據(jù)的安全和防止系統(tǒng)單點故障的出現(xiàn)，中央存儲系統(tǒng)的磁盤、控制器、電源、風扇等都應(yīng)具備支持有熱插拔和冗余。

2.組網(wǎng)構(gòu)架。

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架是網(wǎng)絡(luò)非線編輯的重要部分，在設(shè)計時除了考慮網(wǎng)絡(luò)的先進性、穩(wěn)定性、速度和帶寬外，還要根據(jù)實際的用途和資金情況確定組網(wǎng)方式。目前主要的組網(wǎng)方式有以下幾種形式。

百兆以太網(wǎng)構(gòu)架。這種組網(wǎng)方式在非編領(lǐng)域基本已淘汰，這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架投資少但其帶寬窄網(wǎng)速低，只能用于建造小型的實驗型非編網(wǎng)絡(luò)，在一些教學(xué)單位給學(xué)生實驗用，如圖1所示。

這種組網(wǎng)方式相對于百兆的以太網(wǎng)在帶寬和網(wǎng)速方面都有很大提高，它主要由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、千兆網(wǎng)絡(luò)交換機、有卡工作站和無卡工作站組成。它的性價比較高，很適合教學(xué)單位或小規(guī)模的制作公司組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖2所示。

FC—SAN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。FC—SAN(Storage Area Network)采用光纖的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)上的所有工作站都處于平等地位，直接通過交換機訪問磁盤陣列的素材。FC—SAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用存儲局域網(wǎng)技術(shù)，所以具有的頻帶寬、對數(shù)據(jù)的存儲安全可靠且容錯能力強，消除工作站訪問磁盤陣列經(jīng)過服務(wù)器處理瓶頸，可用帶寬接近實際的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，其單通道可提供1Gb/s速率，傳輸帶寬最小266Mb/s，最大可達到4Gb/s，傳輸距離可達40km以下。現(xiàn)主要用于高端的非線性網(wǎng)絡(luò)，但其構(gòu)建成本高，只能應(yīng)用于經(jīng)濟實力較雄厚的電視臺或廣告公司，其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

SAN+網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NAS)構(gòu)架。FC-SAN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架其帶寬寬、訪問速度高，但其造價非常貴，對于資金不是那么雄厚的電視臺或制作單位難以實現(xiàn)。FC-千兆以太網(wǎng)構(gòu)架雙網(wǎng)構(gòu)架在性價比上找到了一個平衡點，以FC光纖和千兆以太網(wǎng)相結(jié)合，如圖4所示，工作站分為兩部分，一部分是有卡工作站與光纖網(wǎng)相連，實現(xiàn)素材的上傳和影片的輸出工作，另一部分是無卡工作站與千兆網(wǎng)相連，要與FC磁盤交換數(shù)據(jù)并需經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架致命的要點在于當有一定數(shù)量的無卡工作站通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器訪問FC磁盤陣列時，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器變?yōu)樗俣鹊钠款i，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器死機的現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象在索貝的柔性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中得到了很好的解決。

三、管理和非編軟件

網(wǎng)絡(luò)非編管理軟件

網(wǎng)絡(luò)非編管理軟件是擔負整個網(wǎng)絡(luò)高速運行、穩(wěn)定和功能有效實現(xiàn)的保證。管理好在不同工作站在同一時間能安全和高效地訪問磁盤陣列的素材。從素材的上載導(dǎo)入、高低碼流的對稱編輯、賬號和存儲空間的嚴格管理，節(jié)目的提交、審查和串片，節(jié)目的插播、播出及媒體資產(chǎn)管理，直到軟硬件的使用統(tǒng)計等。現(xiàn)研究開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)非編管理軟件較多，如StorNext、OpenNet等管理軟件。

編輯軟件。非編軟件是網(wǎng)絡(luò)非編系統(tǒng)的重要組成部分，成片的效果和特效與非編軟件有直接的關(guān)系，由于開發(fā)非編軟件的經(jīng)濟效益明顯，現(xiàn)有許多公司研制開發(fā)非線性編輯軟件，如Adobe Premiere、Canopus EDIUS Pro 3、Avid Xpress Pr等。非編軟件的選擇要根據(jù)非編網(wǎng)絡(luò)的檔次和所需完成的功能來決定非編軟件的選擇。

四、非編工作站

非編工作站的設(shè)計要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)非編系統(tǒng)的檔次和需要完成的功能來設(shè)置，一般分為有卡工作站、無卡工作站、配音工作站、審片工作站、防病毒工作站等。有卡工作站需完成素材的上下載，般配有本地硬盤防止網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況下，能暫時進行應(yīng)急的編輯工作，如圖5所示。

五、網(wǎng)絡(luò)非編系統(tǒng)病毒防護

病毒的防護是整個系統(tǒng)能否正常運行的重要保證，整個非編網(wǎng)應(yīng)作一個獨立的網(wǎng)絡(luò)與外界網(wǎng)絡(luò)作物量的隔絕，防止病毒從移動存儲設(shè)備傳入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所有工作站都不配光驅(qū)，把所有的USB接口作物理斷開和封死接口。所有工作站的鍵盤、鼠標全為SP2接口。考慮到網(wǎng)絡(luò)與外界交換數(shù)據(jù)的實際需要，專門設(shè)計一個防病毒工作站，工作站設(shè)計成單向拷貝和防火墻等措施，會避免外網(wǎng)病毒和黑客入侵。所有進入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都從這個工作站檢測后方可進入，網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)人員要及時進行病毒庫升級和定期的安全檢查。

六、結(jié)束語

在目前情況下，由于中央處理系統(tǒng)和寬頻帶網(wǎng)架的昂貴，嚴重制約了網(wǎng)絡(luò)非編的發(fā)展。訪問速度快和頻帶寬的網(wǎng)絡(luò)非編，現(xiàn)在尚能在一些經(jīng)濟實力較雄厚的電視臺或制作公司應(yīng)用。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的性價比不斷提高，網(wǎng)絡(luò)化非編代替單機板卡式的非編是勢在必然，現(xiàn)階段的以標清為主的技術(shù)必然向高清過渡。由CPU完成數(shù)據(jù)的讀取和編碼，GPU完成合成和輸入、輸出的CPU+GPU+I/0構(gòu)架在為今后的發(fā)展方向、高清節(jié)目的制作也必將是今后發(fā)展的重點。同時，在功能上涵蓋更廣的、將生產(chǎn)與播出和管理納入到一個高性能高智能高安全的網(wǎng)絡(luò)中，電視節(jié)目生產(chǎn)流程中的寫稿、配音、制作、演播室的合成與播出均通過計算機網(wǎng)絡(luò)完成，實現(xiàn)智能化管理、網(wǎng)絡(luò)化制作、數(shù)字化存儲和自動化播出，也必將取代現(xiàn)在的各自為政，因此，對于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的配備、對于非編工作站的使用，越發(fā)成為推廣與應(yīng)用現(xiàn)代非編技術(shù)的重中之重。

(作者單位：湛江師范學(xué)院)

編校：楊彩霞