低成本的視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳林軍　胡小強(qiáng)　蘇瑞

摘 要： 微機(jī)處理器性能過(guò)剩，但在視頻存儲(chǔ)讀取方面，其速度是瓶頸，充分利用選擇現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)，以現(xiàn)在的微機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并以較低的采購(gòu)費(fèi)用達(dá)到高速視頻系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)功能。

關(guān)鍵詞： 存儲(chǔ)系統(tǒng) 機(jī)械硬盤(pán) RAID0

一、視頻存儲(chǔ)應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，手機(jī)、平板、電腦、單反相機(jī)等設(shè)備飛速的迭代，產(chǎn)品性能提升，讓這些產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，同時(shí)，它們擁有拍照和視頻錄制功能，能夠提供高清的視頻拍攝，記錄影像采用的是存儲(chǔ)卡或者其他移動(dòng)設(shè)備。然后通過(guò)這些移動(dòng)介質(zhì)，轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)到微機(jī)硬盤(pán)中。

個(gè)人或者單位使用的微機(jī)仍是大多數(shù)消費(fèi)者存儲(chǔ)拍攝資源的首選，這些機(jī)器普遍應(yīng)用于辦公或者家用，數(shù)量大。這些微機(jī)在存儲(chǔ)方面有以下特征。

1.以品牌機(jī)偏多，處理器等配置為中高端，處理器性能過(guò)剩，但沒(méi)有特殊的存儲(chǔ)設(shè)備裝置。每個(gè)都配備一塊轉(zhuǎn)速為每分鐘7200轉(zhuǎn)SATA接口機(jī)械硬盤(pán)，這類硬盤(pán)接口速度是其主要瓶頸，隨著使用時(shí)間的推移，機(jī)械硬盤(pán)其性能線性下降。

2.主機(jī)接口一般為USB2.0接口，普通桌面臺(tái)式機(jī)一般前置面板為兩個(gè)接口通過(guò)跳線從主板接口延長(zhǎng)，后置接口有四個(gè)接口。同時(shí)共享其他設(shè)備，占用USB總線的帶寬。目前主流微機(jī)的數(shù)據(jù)接口較低且較少。雖然最新采購(gòu)的個(gè)別機(jī)型配備了3.0的接口，但由于沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的匹配設(shè)備，最后實(shí)現(xiàn)效果較低的速率。

3.最常用普通外置移動(dòng)硬盤(pán)以500G以下居多，由于每個(gè)人采購(gòu)時(shí)間不同存在差異接口為2.0或3.0等。傳輸速度受主機(jī)影響比較大，無(wú)法發(fā)揮其3.0本身的性能。優(yōu)盤(pán)存儲(chǔ)卡等也是以2.0接口為主，接口速度慢，如：一部大20G左右的素材移動(dòng)復(fù)制從微機(jī)的時(shí)間近20分鐘，這是針對(duì)大文件（單個(gè)文件大于2G）操作，如果是零星化文件，則速度將更會(huì)更慢。

4.分享發(fā)布難，資源的分享完全是依靠移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備轉(zhuǎn)移，耗費(fèi)時(shí)間、效率低、易傳播和感染計(jì)算機(jī)病毒，對(duì)整體資源造成損壞。如果是異地的分享就只能通過(guò)社交軟件相互傳送，則耗網(wǎng)絡(luò)帶寬，費(fèi)時(shí)。

5.大量的視頻資源存儲(chǔ)在微機(jī)硬盤(pán)中，由于各種存儲(chǔ)設(shè)備本身的速度限制，在進(jìn)行后期制作的時(shí)候，讀取速度，是其最大尷尬。有條件的工作室會(huì)購(gòu)買一些采集設(shè)備從終端設(shè)備獲取素材，解決了獲取的問(wèn)題，但是在視頻制作過(guò)程中，仍無(wú)法擺脫其大多數(shù)微機(jī)采用的SATA接口的速度。這個(gè)速度普遍小于其公布的6Gbps，因?yàn)闄C(jī)械硬盤(pán)會(huì)導(dǎo)致這個(gè)速度降低，大多數(shù)在300M/sec。接口理論速度是480Mbps，而實(shí)際使用速度遠(yuǎn)低于這個(gè)速度，只有這個(gè)數(shù)值的十分之一。

6.管理難，如一部小的DV能夠拍攝藍(lán)光高清視頻。拍攝后的照片和視頻存儲(chǔ)在電腦硬盤(pán)中，照片和視頻占據(jù)了大多存儲(chǔ)空間，面對(duì)的難題是無(wú)法快速分享視頻并要轉(zhuǎn)移它給異地朋友的時(shí)候，無(wú)所適從，面對(duì)大量資源素材，消費(fèi)者進(jìn)行查找等管理操作時(shí)，大量的視頻資源，無(wú)法快速定位，資源的管理和分享是一個(gè)需要解決的難題。

簡(jiǎn)單高性能的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)是當(dāng)前微機(jī)存儲(chǔ)的迫切需求。

二、存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施措施

為了達(dá)到更好的使用效果，購(gòu)買新設(shè)備一直是電子行業(yè)的常規(guī)選擇，動(dòng)輒三到五萬(wàn)的設(shè)備甚至更高價(jià)的存儲(chǔ)設(shè)備，讓一般的教學(xué)與科研單位無(wú)法承受。目前應(yīng)用于視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備有NAS設(shè)備和SAN還有企業(yè)應(yīng)用級(jí)的磁盤(pán)陣列。

NAS以巴法絡(luò)TS5400R1604為代表的設(shè)備能提供USB3.0，RAID的支持，其當(dāng)前報(bào)價(jià)為5.8萬(wàn)元。更高的SAN同樣的功能，只是多提供了光端接口的支持，價(jià)格達(dá)十萬(wàn)左右。性能更強(qiáng)勁的磁盤(pán)陣列根本就沒(méi)有針對(duì)個(gè)人的產(chǎn)品，所有產(chǎn)品均面向大型企業(yè)用戶，其產(chǎn)品高達(dá)百萬(wàn)。

一般的辦公用戶對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)的需求，這些產(chǎn)品不太適合。當(dāng)USB3.0的普及，到新的硬盤(pán)記錄模式，再到主流芯片對(duì)RAID模式的支持，SSD的降價(jià)，網(wǎng)盤(pán)的功能豐富，技術(shù)的發(fā)展。讓一般消費(fèi)者需求得以滿足，經(jīng)過(guò)實(shí)踐以極低成本就能實(shí)現(xiàn)上述產(chǎn)品的大多數(shù)特性。

具體方案如下：

1.增加USB3.0接口卡，市場(chǎng)采購(gòu)價(jià)一百元左右。

2.增加固態(tài)硬盤(pán)120G容量，用來(lái)安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，市場(chǎng)采購(gòu)價(jià)格四百元左右元。

3.增加兩塊同容量的同型號(hào)的2T硬盤(pán)，組成RAID0結(jié)構(gòu)，市場(chǎng)單價(jià)五百元左右，合計(jì)一千余元左右。

4.申請(qǐng)網(wǎng)盤(pán)，容量2T，同步備份資源，發(fā)布和分享視頻，免費(fèi)。

整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)是基于原有的硬件設(shè)備上，USB的接口速度是第一個(gè)要解決的問(wèn)題，目前微機(jī)上的USB總線速度是共享的，我們使用的鼠標(biāo)鍵盤(pán)、打印機(jī)等占用傳輸資源，減少使用設(shè)備才能降低使用比，但是應(yīng)用在微機(jī)主板PCI擴(kuò)展槽進(jìn)行端口的升級(jí)。兼容機(jī)或者是品牌機(jī)（大型IT企業(yè)推出的機(jī)型，如聯(lián)想，戴爾等）采購(gòu)時(shí)間不同，USB3.0接口不是原廠標(biāo)配，如果是近期購(gòu)買的機(jī)型，原廠主板集成3.0接口，就可以直接省略此步驟。

解決了端口問(wèn)題，就是硬盤(pán)傳輸速度的問(wèn)題，目前機(jī)械硬盤(pán)速度短時(shí)間基本固定沒(méi)有提高的可能性，所以現(xiàn)在為追求性能與速度，SSD大行其道。固態(tài)盤(pán)單價(jià)降下來(lái)了，但是容量還是偏小，無(wú)法滿足視頻素材等的需要。我們只有選擇固態(tài)盤(pán)作為系統(tǒng)盤(pán)和軟件安裝盤(pán)使用，充分發(fā)揮其讀取速度和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，提高操作系統(tǒng)啟動(dòng)速度、軟件運(yùn)行速度。

方案中選擇傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤(pán)用作視頻素材庫(kù)，它的容量和價(jià)格非常有優(yōu)勢(shì)。RAID0的實(shí)現(xiàn)采用2個(gè)以上的硬盤(pán)，一般為2個(gè)相同參數(shù)大小相同的兩個(gè)硬盤(pán)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作的時(shí)候數(shù)據(jù)被交替寫(xiě)到磁盤(pán)中。每個(gè)硬盤(pán)都可以同時(shí)寫(xiě)或讀，所以我們能最大限度地提升硬盤(pán)的性能，而且不會(huì)造成硬盤(pán)容量的損失。

網(wǎng)盤(pán)免費(fèi)就可以獲得較大的容量，是系統(tǒng)選擇的重點(diǎn)，能夠滿足在整個(gè)過(guò)程中視頻素材的安全完整性和冗災(zāi)備份需求。能提供網(wǎng)盤(pán)的公司有很多，功能大同小異。現(xiàn)在提供有桌面端和移動(dòng)端，并支持設(shè)備直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳。上傳的資源能按照音樂(lè)、圖片、視頻、文檔、應(yīng)用分類，以便于輕松查找。網(wǎng)盤(pán)可以支持后臺(tái)自動(dòng)同步，但是由于原始素材過(guò)大，上傳的網(wǎng)速過(guò)慢的情況，建議上傳制作后的作品用作備份。上傳后的作品可以在移動(dòng)端或WEB端進(jìn)行分享，無(wú)需下載，就可以在線觀看。文檔可以在線查看。遇到遠(yuǎn)距離的朋友可以免費(fèi)通過(guò)郵箱或短信私密分享給好友，同時(shí)可以將文件公開(kāi)給其他用戶使用。

其各個(gè)產(chǎn)品性能價(jià)格對(duì)比如表1所示。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.采用的架構(gòu)普遍，性能提高顯著。

系統(tǒng)采用普通的X86架構(gòu)，與普通辦公電腦沒(méi)有多大區(qū)別，整個(gè)流程效率提高很多，素材轉(zhuǎn)移傳輸速度快，硬盤(pán)容量擴(kuò)大，大大提高了工作效率。本系統(tǒng)對(duì)主機(jī)要求不高，投入費(fèi)用不多，較好的傳輸質(zhì)量，同時(shí)資源的共享與發(fā)布方便。整體速度有三倍到四倍的性能提升，達(dá)到數(shù)萬(wàn)元專業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備的性能。

2.投入費(fèi)用非常低，經(jīng)濟(jì)性好。

只是在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了幾個(gè)硬件設(shè)備，硬盤(pán)等設(shè)備市場(chǎng)的性價(jià)比較高。整個(gè)下來(lái)千余元就可以實(shí)現(xiàn)。費(fèi)用只是采購(gòu)NAS設(shè)備價(jià)格的二十分之一。

3.系統(tǒng)安全、可靠。

組建RAID0磁盤(pán)陣列不但能滿足大家在容量上的需求，而且能有效提升硬盤(pán)的性能，使整個(gè)系統(tǒng)的性能再次上升一個(gè)臺(tái)階。而且資源素材全部網(wǎng)絡(luò)備份，由知名大企業(yè)提供網(wǎng)盤(pán)專業(yè)存儲(chǔ)服務(wù)托管，不用擔(dān)心文件安全，這些服務(wù)免費(fèi)提供。

三、結(jié)語(yǔ)

由于本系統(tǒng)采用微機(jī)做存儲(chǔ)服務(wù)器，它的購(gòu)買成本低、維護(hù)費(fèi)用低、配置方便靈活，適用于視頻制作和愛(ài)好者使用，實(shí)踐證明該系統(tǒng)使用高效、方便、安全、穩(wěn)定、可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐忠強(qiáng).網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)及其在電視領(lǐng)域的應(yīng)用.有線電視技術(shù).

[2]楊明熬.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題分析及應(yīng)對(duì)措施研究.硅谷.

[3]李華.淺談網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù).科技視界.

[4]陳晶.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)特點(diǎn)與其應(yīng)用環(huán)境分析.黑龍江科技信息.

[5]黃立勤.“網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)”的課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐.江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).

[6]周可，黃永峰，張江陵.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)研究.電子計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備.

[7]秦保社.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展.微機(jī)發(fā)展.

[8]高龍華.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的分析與比較.現(xiàn)代通信.

[9]張偉.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用.福建電腦.

[10]劉德國(guó)，余重秀，王旭，吳強(qiáng)，辛雨.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù).現(xiàn)代電信科技.