基于双网架构数据存储与传输的高清制作网络系统

王睿

摘 要：随着数字高清时代的到来、网络多媒体技术的发展，以及相应广电总局提出的高清制作、网络传输的要求，高清制播系统成为越来越多电视媒体和节目制作机构的需求。结合电视台卫星频道节目制作和实现流程一体化、提升工作效率以及制作系统融入全台网的需求，设计实现了包含对新闻类节目和大型综艺节目制作和推送的高清制作网络系统。本系统设计的核心之处在于数据的存储和传输，故存储架构的选取、设备选型及服务的配置、接口的连接等都关系到整个系统的效能。

关键词：双网架；数据存储与传输；制作网络

随着电视设备的逐步高清化发展，高清网络系统的平台的建设是高清节目产出的前提，而相比标清节目来说，高清节目的制作对码流和存储容量都有较高的要求，这就关系到网络系统的架构搭建、数据传输的手段和存储技术。而对于高清制作网来说，数据传输和存储技术则是重中之重，这不仅涉及到对于高效能、高传输带宽的网络传输及存储设备的选型配置、网络架构的设计与实现，还将涉及节目素材的格式和码率、网络安全与维护等等。

1 制作网络系统

1.1 高清概述

高清（High Definition），意思是高分辨率，通常把物理分辨率达到720P以上的规格称为高清。一般说的高清包含多个含义：高清视频、高清传输、高清格式、高清存储、高清显示等。由于高清视频分辨率高、像素量大，未经压缩的高清视频文件通常需要上百GB、上千GB的存储空间，所以要通过编码技术来解决减小视频文件体积的问题。目前常见的高清视频编码格式主要由H.264，VC-I，MPEG-2，MPEG-4，DivX，XviD，WMA-HD，X264。效果比较好的压缩编码为H.264和VC-I。

1.2 网络存储

我們在日常工作和生活中经常用U盘、硬盘、存储服务器来存放数据，这种存放数据的介质或者设备就叫存储。随着互联网上业务的增大，需要处理或存储的数据越来越多，针对目前复杂的网络环境，单一的存储己经满足不了大容量、高速度的需求，这里就涉及到了网络存储。把所有用于存储的设备通过一定的方式连接在一起构成存储网络，这就叫网络存储。

1.3 视频压缩

1）有损压缩和无损压缩

视频压缩前和解压缩后的数据完全一致的叫无损压缩，大多数的无损压缩采用RLE（run length encoding）行程编码算法。有损压缩的视频文件在压缩前和解压缩后数据不一致，一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息会在压缩过程中丢失，并且丢失的信息不可恢复。为达到低数据率的目标，凡乎所有的高压缩算法都采用有损压缩。压缩比越大，丢失的数据信息越多，解压缩后的效果越差。有的压缩算法采用多次重复压缩的方式，这样会导致丢失更多的数据信息。

2）帧内压缩和帧间压缩

帧内压缩又叫空间压缩，它和静态图像压缩相类似，在压缩一帧图像时，只考虑本帧数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息。帧内压缩的各个帧之间没有相互关系，所以在编辑压缩后的视频数据时可以以帧为单位。帧内压缩常采用有损压缩算法但压缩率不高。帧间压缩又叫时间压缩，这种压缩方式一般是无损的。它通过比较时间轮上的不同帧之间的数据进行压缩。连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特征来压缩相邻帧之间的冗余量，从而能提高压缩量、减小压缩比。

2 系统的设计与应用

2.1 系统设计需求

1.编辑工作站、核心存储等均要双网接入，软、硬件设备应支持光纤和以太网接入，实现光纤+以太网混合网络架构。2.网络系统能够达高带宽、低延时的标准要求。对大数据的传输要求无错误且保证实时。3.设备的选型要以高可靠性为原则，为了能够保证核心设备的安全性，系统要采用服务器集群、双机热备、磁盘管理等技术。管理措施要完善，为使网络信息平台具有可管理性，网络管理要配备优良的软件。4.要有一个安全可靠的数据传输模块，使视音频素材能安全的进入制作网络系统，为保证文件的安全，该模块还需提供访问控制机制并提供多重安全防范措施。

2.2 存储架构

如果制作网络全部采用FCSAN存储架构，那么每一台服务器和工作站都需要配备FCHBA卡，而且每增加一台工作站，光纤交换机的一个端口就要被占用，这就对光纤存储阵列性能要较高求，加之光纤交换机设备的价格本身就较高，成本问题又成了瓶颈。这就需要在性能和成本之间找到一个平衡点。基于以上方面的考虑，整体架构选取FCSAN和NAS的混合存储架构比较理想，也就是FCSAN+NAS双网架构。而针对某些特殊剪辑工作站，比如大素材量节目挑选及粗剪，可专门配备几台小型素材盘阵采用DAS的方式直接与其相连。

2.3 架构设计

1）硬件架构

我们把带宽高、吞吐量高的工作站既接入以太网又接入光纤网，访问FC存储阵列是通过FC光纤通道，而对带宽要求不是很高的工作站只接入以太网，访问FC存储阵列时通过NAS服务器。NAS服务器就相当于FCSAN的终端，可以共享访问到的中心存储。对于元数据的处理我们采用NAS集群架构，这种架构的设计能够极大的提高I/O带宽、I/O的可扩展性以及数据访问的并行性，而且能够充分利用光纤网络和以太网络两者各自的特点，发挥出两个网络最大的效率。为了建立和维护一个快速高效的网络，我们根据网络带宽需求的分析，在硬件配置方面做出相应部署：服务端、存储设备以及客户端全部采用8Gb通道技术，硬件配置上均采用8Gb的通道卡和存储控制器。

2）软件架构

高清制作网络系统包含有50多个工作站和一套核心存储设备，这50多个工作站作为客户端主机访问核心存储设备需要统一管理权限和共享访问权限，这就需要在客户端主机安装专门的存储共享管理软件或共享文件系统。本系统在充分考虑了软件性能和系统易用性的前提下采用新奥特的ASFS智能媒体管理系统。该共享文件系统的总体设计策略是“集中决策，分布处理”，这种策略不但能保障决策逻辑的统一性，还可以提高处理的效率。在软件架构的设计上，ASFS采用模块化、层次化、积木式的体系结构，各构成模块可灵活组合和配置，即能支持多种产品发布的方式，又能适应多种应用环境。

2.4 中心存储模块

该高清制作网的核心组成模块是中心存储备份，节目素材和节目成片保存的位置就在中心存储里。其他设备直接或者间接的和中心存储相连接，也体现出了中心存储模块的核心地位。该高清制作网络系统包含的50个高清工作站数据的获取都需要访问共享存储，所以中心存储模块实现数据共享必须保证安全可靠，因为系统的搭建需要选择具有高带宽、大容量性能的设备。为了满足高清制作网络系统对存储高性能和磁盘阵列具备扩展性的的要求，该系统在构建中心存储模块时选用了美国Infortend公司的6套ESVA磁盘阵列。具有扩展能力的磁盘阵列的选择是为未来网络的扩容考虑，并且为未来增加带宽需求提供弹性空间。这套存储阵列系统配备了双控制器冗余电源和兀余风扇，不仅能够确保了素材安全而且该系统配置管理简单，易于操作维护。

总之，随着广电行业的发展科技的进步也不断催生着新媒体的产生，传统的电视技术也过渡到了以网络为基础的平台。数据存储和传输技术也不断成熟，这对广电行业来说是个机遇也是个挑战。本系统的设计也是建立在这种背景之下。该系统的实现不仅满足了电视台节目制作、采集、存储、传输、存档、播出等一系列流程需求，也满足了在高带宽、安全性、稳定性方面的要求，简化了工作的流程，减少了物力、人力，提高了工作的效率。对广电总局提出的“电视节目制作播出数字化、节目传输交换网络化，该系统可作为一个有价值的实例。

参考文献：

[1] 杨枫，陈鸿. 高清节目制作网络系统数据存储技术应用研究[J]. 广播与电视技术，2010，12：49-51.

[2] 王丽. 基于双网架构的高清制作网络系统[J]. 中国有线电视，2016，05：649-651.

[3] 鲁书恒. 电视台高清制作网的设计探讨[J]. 科技传播，2017，08：24-25.endprint