高校數(shù)字媒體資產(chǎn)的存儲(chǔ)策略

葉永沛

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳 518055）

數(shù)字媒體資產(chǎn)（Digital Media Asset，DMA）是指媒體擁有或控制的以數(shù)字化形式存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)資源。對(duì)于不同的媒體組織，其數(shù)字媒體資源形式有所差異[1-4]。對(duì)于高校來說，數(shù)字媒體資產(chǎn)主要集中在大量數(shù)字化的教育電視節(jié)目、音視頻節(jié)目、素材和專題、精品視頻公開課等內(nèi)容上。

目前，高校的電視節(jié)目制作設(shè)備從模擬到數(shù)字，視頻格式從標(biāo)清到高清，編碼技術(shù)從MPEG-1和MPEG-2，發(fā)展到H.264，多年來積累了大量的電視教學(xué)片、精品視頻公開課、具有重大歷史意義的音視頻素材以及經(jīng)模擬數(shù)字化后的大量的視音頻資源。這些資源是教育教學(xué)和新節(jié)目制作的寶貴資源，需要的存儲(chǔ)容量非常大。根據(jù)高校的實(shí)際情況，不同的應(yīng)用和制作需采用不同的格式來存儲(chǔ)，比如用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)課程、專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)的視音頻節(jié)目、精品視頻公開課與用于制作電視教材和專題片的素材采用的存儲(chǔ)格式是不一樣的。通過合理地選擇存儲(chǔ)介質(zhì)、存儲(chǔ)格式和采用分級(jí)存儲(chǔ)策略可以很好地解決高校數(shù)字媒體資產(chǎn)的存儲(chǔ)。

1 存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇

存儲(chǔ)介質(zhì)和存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的單位存儲(chǔ)成本、保存的安全可靠性、存取速度等指標(biāo)起著決定性的作用。目前應(yīng)用的存儲(chǔ)介質(zhì)主要有硬盤、光盤庫(kù)和數(shù)據(jù)流磁帶。硬盤主要有傳統(tǒng)硬盤SATA盤、SAS盤、FC盤和固態(tài)SSD盤等。SATA盤讀寫速度較慢，成本較低。SAS盤和FC盤讀寫速度快，價(jià)格稍高，不同硬盤應(yīng)用在不同需求的系統(tǒng)環(huán)境下。光盤存儲(chǔ)介質(zhì)主要有DVD光盤和藍(lán)光光盤。DVD利用MPEG-2的壓縮技術(shù)來儲(chǔ)存影像，碼率可在4～15 Mbit/s的范圍內(nèi)選擇，是存儲(chǔ)容量大、高性能的存儲(chǔ)媒體，具有良好的交互性，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，圖像質(zhì)量不受訪問次數(shù)的影響，存儲(chǔ)容量從單面的4.7 Gbyte到雙層雙面的17 Gbyte，能夠滿足廣播級(jí)標(biāo)清節(jié)目對(duì)視頻數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)要求。藍(lán)光光盤采用的是高清格式[5]，可以儲(chǔ)存高品質(zhì)的影音和大容量的資料，高清影像可包含高于標(biāo)清影像6倍的圖像資料。而傳統(tǒng)DVD采用的是標(biāo)清格式，存儲(chǔ)量只有4.7 Gbyte，如果用來錄制高清電影，大概只能容納50 min的內(nèi)容，而單碟單層藍(lán)光光盤的存儲(chǔ)量可達(dá)25 Gbyte，足夠刻錄一個(gè)長(zhǎng)達(dá)4 h的高清晰電影。數(shù)據(jù)流磁帶是一種以磁帶記錄格式為存儲(chǔ)模式的介質(zhì)，在使用壽命、可靠性、存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)傳輸速度上，都是傳統(tǒng)視音頻磁帶無法比擬的，數(shù)據(jù)流磁帶的存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)，容量易于擴(kuò)充，但存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)時(shí)需要建立數(shù)據(jù)流磁帶庫(kù)，價(jià)格昂貴，且隔代不兼容。表1是硬盤、藍(lán)光光盤和數(shù)據(jù)流磁帶的比較。

表1 硬盤、藍(lán)光光盤和數(shù)據(jù)流磁帶的比較

通過對(duì)比各項(xiàng)性能指標(biāo)，藍(lán)光光盤存儲(chǔ)低碳環(huán)保，一年能耗僅占磁盤陣列的1/37，既可以用作普通的備份介質(zhì)，又可以用作實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)載體，藍(lán)光盤在突破容量和生產(chǎn)成本的瓶頸后，將成為數(shù)字媒體資產(chǎn)存儲(chǔ)的新選擇，它很好地解決了數(shù)據(jù)流磁帶的兼容性問題，更能滿足高校數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)整合的要求。

2 存儲(chǔ)格式的選擇

高校數(shù)字媒體資產(chǎn)存儲(chǔ)的內(nèi)容以電視教學(xué)片、精品視頻公開課、視音頻素材、網(wǎng)絡(luò)視頻課程、專業(yè)視音頻教學(xué)資源庫(kù)為主。數(shù)據(jù)的壓縮方式和存儲(chǔ)格式的選擇直接影響系統(tǒng)的存儲(chǔ)成本、管理費(fèi)用以及后期的使用[4]，因此應(yīng)采用合理的壓縮方式和存儲(chǔ)格式，以保證圖像質(zhì)量和壓縮效率最優(yōu)化。選擇存儲(chǔ)格式（壓縮格式）時(shí)應(yīng)考慮如下因素：保證圖像質(zhì)量，滿足后期制作和使用的要求；在保證圖像質(zhì)量的前提下，盡量提高壓縮效率，從而提高存儲(chǔ)空間，降低傳輸數(shù)據(jù)的成本；壓縮格式的選擇要保證在與其他格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，圖像質(zhì)量損失最??；存儲(chǔ)格式應(yīng)能保持相當(dāng)長(zhǎng)的生命周期。視音頻資料數(shù)字化后會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的數(shù)據(jù)量，為了減少比特率，同時(shí)考慮帶寬和存儲(chǔ)的要求，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)和目的，采用不同的壓縮技術(shù)。大多數(shù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)采用混合編碼技術(shù)，如JPEG，H.261，MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4和H.264等。

2.1 M-JPEG，DV，MPEG-2和H.264的比較

在同樣的視頻質(zhì)量下，壓縮算法的輸出碼率直接決定其性能的優(yōu)劣，即輸出碼率相同的條件下，圖像質(zhì)量的優(yōu)劣反映了壓縮算法的性能。在壓縮效率方面，M-JPEG和DV格式均采用幀內(nèi)編碼[4]，壓縮比低，壓縮效率低；MPEG-2和H.264[6]采用幀內(nèi)與幀間結(jié)合的編碼算法，壓縮比高，壓縮效率高。表2是M-JPEG，DV，MPEG-2和H.264的分析比較。

表2 M-JPEG，DV，MPEG-2和H.264的分析比較

經(jīng)過分析比較得出，H.264和MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)在壓縮性能上優(yōu)于其他的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。雖然M-JPEG和DV壓縮標(biāo)準(zhǔn)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里仍然會(huì)被使用，但人們更關(guān)注MPEG-2和H.264的發(fā)展動(dòng)態(tài)。在節(jié)目攝制、編輯階段，無論采用DV還是MPEG，為了保持高的圖像質(zhì)量，需要很高的碼率；在節(jié)目傳輸或者為了存儲(chǔ)傳播階段，用盡可能低的碼率傳輸，并且保證盡可能高的圖像質(zhì)量，因此應(yīng)優(yōu)先選擇H.264，其次是MPEG-2。目前高校正在實(shí)施的精品視頻公開課就是采用H.264的編碼格式，高校數(shù)字媒體資產(chǎn)在視音頻編碼上應(yīng)支持MPEG-2和H.264格式。

2.2 MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)分析

MPEG-2是一種高質(zhì)量的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，專為數(shù)字電視傳輸和分配高質(zhì)量視音頻應(yīng)用而制定的。MPEG-2的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在它的適應(yīng)性上，能根據(jù)不同的需求，通過參數(shù)的調(diào)節(jié)做到碼率可變，另外運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可帶來高的壓縮比。在電視節(jié)目的制作、播出、存儲(chǔ)、分配、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，MPEG-2數(shù)據(jù)流是標(biāo)準(zhǔn)視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼格式，具有存儲(chǔ)容量大、畫面質(zhì)量高的特點(diǎn)，MPEG-2的4∶2∶2格式可達(dá)到20∶1的壓縮比，1 Mbit/s的數(shù)據(jù)率，1 h的電視節(jié)目的容量?jī)H有3.6 Gbyte，可得到廣播級(jí)的圖像質(zhì)量。如此高的壓縮比大大降低了存儲(chǔ)所占用的空間。對(duì)高校多年積累的模擬視音頻節(jié)目采用MPEG-2的格式進(jìn)行壓縮編碼，可以有效地解決存儲(chǔ)的問題。

2.3 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)分析

MPEG-4是運(yùn)動(dòng)圖像專家組發(fā)展的廣泛的開放標(biāo)準(zhǔn)，具有相當(dāng)好的靈活性和擴(kuò)展性，它采用幀重建技術(shù)壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，利用很窄的帶寬，以最少的數(shù)據(jù)傳輸量獲得最佳的圖像質(zhì)量。它給畫面主體分配較多的帶寬、很高的信噪比，支持基于視覺內(nèi)容的交互功能，具有高效編碼、高壓縮率、高效存儲(chǔ)與傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，支持各種帶寬應(yīng)用（5 kbit/s～100 Mbit/s），主要包括靜止圖像壓縮、數(shù)字廣播、網(wǎng)絡(luò)視音頻廣播等基于內(nèi)容的存儲(chǔ)和檢索。

2.4 H.264標(biāo)準(zhǔn)分析

H.264是DPCM加變換編碼的混合編碼模式，它的整體性能優(yōu)于其他的壓縮標(biāo)準(zhǔn)是由于采用了運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃惴?，使用了多參考幀、幀?nèi)預(yù)測(cè)、整數(shù)變換和多塊類型等新的壓縮技術(shù)，大大提高了壓縮性能，其最大特點(diǎn)就是具有非常高的數(shù)據(jù)壓縮比率，比如2 h的高清電視節(jié)目，在相同的圖像質(zhì)量下，采用H.264可將節(jié)目壓縮到15 Gbyte，采用MPEG-2壓縮編碼格式最小只能壓縮到30 Gbyte。通常H.264的數(shù)據(jù)壓縮率在MPEG-4的1.5倍以上，是MPEG-2的2倍，而且擁有流暢的高質(zhì)量圖像，大大提高了用戶下載的速度，降低了數(shù)據(jù)流量的費(fèi)用。

通過上面的分析可以得出：不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求應(yīng)采用不同視音頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，H.264較其他壓縮標(biāo)準(zhǔn)整體性能更高，具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，編碼效率高，成像效果質(zhì)量高以及良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，適合編碼壓縮、存儲(chǔ)和傳輸，是目前主流的視頻編碼技術(shù)。

3 分級(jí)存儲(chǔ)策略

高校的數(shù)字化媒體資產(chǎn)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中是具有生命時(shí)期的，在剛產(chǎn)生的一段時(shí)期內(nèi)或某一特定時(shí)期，訪問頻率最高，隨著時(shí)間的推移和教學(xué)內(nèi)容的更新，低訪問頻率的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高訪問頻率的數(shù)據(jù)量，如果全部采用硬盤設(shè)備存儲(chǔ)，不僅成本非常高，而且也不安全，根據(jù)數(shù)據(jù)訪問的頻率、保留時(shí)間、容量、性能要求等因素，通過采用分級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)把更多的存儲(chǔ)空間分配給頻繁訪問的數(shù)據(jù)。

3.1 在線存儲(chǔ)

目前，在媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，硬盤陣列是在線存儲(chǔ)的主要設(shè)備，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，保持可隨時(shí)訪問的狀態(tài)，硬盤具有檢索快捷、讀寫快、大碼率傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，但存儲(chǔ)容量大時(shí)，成本相對(duì)較高。對(duì)于訪問頻率高、最近正在使用的視音頻，VOD視頻點(diǎn)播的節(jié)目、精品視頻公開課，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)使用的視音頻、專業(yè)視音頻資源庫(kù)等采用在線存儲(chǔ)。

3.2 離線存儲(chǔ)

離線存儲(chǔ)通常用來存儲(chǔ)不常用的媒體內(nèi)容或需要永久保存的內(nèi)容，在高校一般采用傳統(tǒng)的數(shù)字磁帶或光盤，然后將磁帶或光盤存放在磁帶庫(kù)或光盤庫(kù)內(nèi)，當(dāng)需要使用離線存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，需要將離線的光盤庫(kù)連接到在線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字磁帶上的數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換才能連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)使用完后可斷開連接。

3.3 近線存儲(chǔ)

近線存儲(chǔ)主要是指介于在線存儲(chǔ)和離線存儲(chǔ)之間的應(yīng)用。將那些訪問量不大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在性價(jià)比高的存儲(chǔ)介質(zhì)上，存儲(chǔ)介質(zhì)要求傳輸率高、檢索速度快、存儲(chǔ)容量大，因此在高校以光盤庫(kù)作為主要的近線存儲(chǔ)設(shè)備，這樣經(jīng)過壓縮編碼后的數(shù)據(jù)就很容易連接到在線存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，方便訪問。

3.4 混合存儲(chǔ)

在數(shù)字媒體資產(chǎn)的存儲(chǔ)應(yīng)用中，通常不采用單一的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，而是采用混合存儲(chǔ)的方式，混合存儲(chǔ)提供了最好的性價(jià)比。例如近線和離線存儲(chǔ)的光盤庫(kù)能非常容易地連接到在線存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字錄像帶可作為離線編輯使用。分級(jí)存儲(chǔ)策略的采用，不僅滿足了應(yīng)用的需求、降低了總的存儲(chǔ)成本，而且便于管理和保護(hù)各種視音頻資料。

4 小結(jié)

根據(jù)高校數(shù)字媒體資產(chǎn)的特點(diǎn)，將硬盤技術(shù)和藍(lán)光光盤技術(shù)結(jié)合起來作為高校數(shù)字媒體資產(chǎn)的存儲(chǔ)策略。在線存儲(chǔ)介質(zhì)以硬盤陣列為主，離線存儲(chǔ)介質(zhì)以藍(lán)光光盤庫(kù)和數(shù)字錄像帶為主，同時(shí)藍(lán)光光盤也作為近線存儲(chǔ)介質(zhì)。用于VOD視頻點(diǎn)播的節(jié)目以MPEG-2格式為主，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)課程、專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)的視音頻教學(xué)資源、素材、精品視頻公開課等以MP4格式為主，用于編輯制作的廣播級(jí)高質(zhì)量素材以MPEG-2或H.264格式存儲(chǔ)，從而滿足高校不同應(yīng)用需求對(duì)數(shù)字媒體資產(chǎn)的存儲(chǔ)要求。分級(jí)存儲(chǔ)策略降低了存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本，有效地管理和保護(hù)了各種視音頻資料。

[1]盧官明.數(shù)字電視原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]孫曉南，余婕.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)備份[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3]沈連豐，李正權(quán).信息理論與編碼基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)科技出版?zhèn)髅焦煞萦邢薰荆?010.

[4]宋培義.數(shù)字媒體資產(chǎn)管理[M].北京：中國(guó)廣播電視出版社，2009.

[5]韓海生，柏原圭，張進(jìn)京.藍(lán)光存儲(chǔ)——信息化的核心技術(shù)[J].中國(guó)信息界，2010（12）：59-61.

[6]馬時(shí)平，何宜寶，許悅雷，等.H.264幀間模式選擇新算法[J].電視技術(shù)，2009，33（S2）：60-62.