冬海
发表于 2010-8-10 20:11:54
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随着信息技术的高速发展，传统的广播电视应用也在加快数字化的进程。广大视频媒体机构，都在运用信息技术来提高自身的工作效率。节目的制作、播出和管 理等业务模式和流程都在发生较大的变化。运用信息技术建设专业的视音频业务系统、以自动化工作流提高协同工作能力，用以实现高效的节目制作、播出和管理， 而建设高效的视音频存储网络并提供高性能的数据共享，这是实现自动化工作流的必要条件。多年视音频业务系统的规划和建设经验告诉我们：根据业务规模和特点 去设计视音频存储网络才可以有效提高工作效率、减小系统维护难度并降低系统建设成本。因此，总结不同视频业务系统的特征，提炼出数据存储的特点，进而采取 切实可行的方案去架构专业视音频存储网络，是一个很值得研究的命题。本文针对上述问题进行了一些研究和总结，以期能指导未来本单位视频业务系统的设计与建设。
一.广电业务系统的存储特点
随着视频媒体机构的业务发展，各单位的业务系统越来越多，常见的业务系统包含：节目制作系统、新闻系统、媒体资产管理系统、播出系统及系统互联系统。每种业务系统都有自身的特点，也就产品了不同的数据存储与共享的需求。
1.节目制作系统的存储特点
目前大部分视频媒体机构所采用的节目制作系统都是非线性编辑制作网络。在非编网内，多用户可以协同工作，高效地完成节目制作和编辑。该业务系统需要一 个全局存储空间，多台非编主机需要同时访问该存储空间内的数据。同时，在节目制作过程中，要有足够的带宽保证数据的传输。例如，使用PAL制式的视频，一 个视频流每秒包含25帧数据片元素，那么每个数据片元素最低限度的传输时间是40ms。再配合上工作站点的编解码时间开销，要达到多个工作站点并行工作， 对存储网络的延迟要求应该保证在20ms左右。此外，节目制作系统，特别是精编制作网，往往需要同时处理4层到5层的视频编辑和特技叠加，单站点多层实时 编辑的需求进一步加大了节目制作系统对高质量大带宽的要求。此外，随着高清时代的到来，节目存储量的增大，以及编辑码率的提高，对节目制作系统的存储网络 有了更高的要求。存储空间是否可以弹性扩展，性能是否还有提升的空间，都是影响未来制作系统业务扩充的因素。
2.新闻业务系统的存储特点
新闻系统主要承担的是新闻素材的采集、新闻节目制作以及新闻播报等生产任务。新闻的时效性决定了新闻节目不会经过精细而繁杂的特技渲染包装，仅仅是经 过快速的剪辑编辑和配音，便经过串联单编辑后进入了最终的新闻播出环节。快速，安全，高效是新闻制作系统的特点，因此每台新闻快编工作站往往只需要进行1 层~2层的实时编辑。同时，多样化节目导入和自动信号收录也是新闻制作网的特别之处，分散在世界各地的记者站需要从现场发回第一手的视频资料，因此新闻快 编制作网和精编节目制作网相比，其网络设计并不完全封闭，文件共享网关的架设将为记者从远端传回视频资料提供基础设施的保障。此外，由于新闻的时效性，新 闻快编制作网的节目资源池并不需要很大，新闻播报之后，本期节目的视频资料可以送入后端的媒体资产管理系统进行归档，并适时的释放新闻快编制作网的在线存 储池。
3.媒体资产管理系统的存储特点
媒体资产管理系统主要用于实现节目的数字化采集、编目索引、归档存储以及检索回调等功能。其对存储系统的实时性要求较节目制作系统要低。在媒资系统中通常采用双码流技术进行视音频资料的处理。高码流用于归档保存，低码流用于编目检索。
对于高码流视音频资料，媒资系统采用分级存储技术进行资料的长久保存。考虑到节目归档需要一定的时间，故在线存储区要有一定的容量，且日后该空间会随 媒资系统业务压力的增加而扩展。同时为了缩小节目归档的时间窗口，在线存储区的数据迁移带宽有很高的要求，目前单台磁带机的速度已达 120MB~140MB/s，故如果实现较大面积的节目归档，在线存储区对迁移带宽要求是很高的。
对于低码流视音频资料，由于编目和检索站点相对分散，低码流存储区的映射方式不能过于复杂，否则后续再增加站点会增加工程复杂度。此外，由于低码流资 料一般不进行归档且不会删除，故低码流存储区的空间会逐渐被消耗殆尽，故低码流存储区一定要具备较大的存储空间，或具有很强的在线扩充能力。
4.播出控制系统的存储特点
播出控制系统是视频媒体机构的重要业务系统。对业务连续性及数据安全性的要求近乎苛刻。目前，处于安全性的考虑，较多的单位采用本地硬盘播出的业务模 式，即：迁移服务器将二级近线磁盘存储区的资料，通过FTP等方式，迁移到视频服务器本地进行存储和播放。考虑到播出系统需要有对突发事件的快速处理能 力，故数据存储的网络结构不能过于复杂，尽量采用简单的网络结构，以减少问题出现时的排错难度。此外，播控系统对数据安全性要求较高，一旦存储系统出现问 题，则备播到位的素材将无法送达播出服务器，严重情况下会危及当天的节目播出。
二.根据数据存储特点构建存储系统
上一章节主要分析了视音频业务系统的数据存储特点，那么如何根据业务特点来构建存储系统呢？
1.构建节目制作网络的存储系统
如前文所述，节目制作系统对存储网络的低延迟和高带宽有苛刻的要求，且需要实现数据的共享以及数据存储空间的扩展。为了满足节目制作系统的需求，采用SAN存储网络架构，结合存储共享软件的方案最为理想，如图1所示。
存储应用：广电视音频（音视频）存储
图1
在SAN存储网络架构下，视音频数据采用数据块级的存储访问，透过光纤链路其访问延迟可达毫秒级。其实时传输性能远远高于其他存储架构。有了高效的存 储网络架构，通过集成先进的数据共享软件，可以实现数据的安全存储和高效存储。目前国际先进的数据共享软件产品可以实现高效的”卷管理”功能，单文件系统 的I/O带宽性能有了大幅提升，同时通过向文件系统内补充新的条带卷组，可以实现文件系统的容量扩充。
在大中型综合制作系统中，由于非编站点（NLE）数量众多，节目制作复杂度较高，故对核心存储系统的要求较高。因此在大型综合制作系统中往往会采用 FC-SAN网络架构，客户端主机通过光纤通道协议实现对存储体的直接访问。同时，在双网架构中还会部署主备两台元数据管理服务器（MDS）用于协调多机 对存储体的共享访问问题。
在小型制作系统中，考虑到建设成本，会使用千兆以太网络替换光纤通道，采用iSCSI协议进行存储体的存储访问，其依然具有低延迟和较高带宽的特点。 虽然千兆以太的线路带宽较光纤通道要慢，但依然可以满足3~4层标清节目编辑，及2~3层的高清节目编辑。故IP-SAN架构结合存储共享软件是建设中小 型节目制作系统的理想选择。
2.构建新闻网络的存储系统
新闻系统要求新闻制作要具有较强的时效性，新闻编辑通常采用快编的方式，整体业务系统较少出现大面积的复杂节目制作要求。同时，由于新闻系统要求具有 丰富多样的数据导入方式，故新闻网络的存储系统需要实现多种接口和协议的存储访问。对于新闻网络而言，采用网络结构简单的NAS存储结构是非常适宜 的，NAS存储网络结构采用单网架构，采用千兆以太网实现数据的传输，采用万兆以太网作为交换机间的堆叠链路以及存储体的访问链路，如图2所示意。新闻快 编等主机通过简单的Windows映射就可以使用存储，网内客户端主机的扩展十分方便。同时，大部分知名的NAS存储产品，都提供CIFS、NFS及 FTP等多种协议，本地的新闻制作工作者可以通过CIFS协议访问存储系统中的视音频资料，而远在外地现场的记者同志也可以通过FTP协议将第一手资料快 速回传给本部的同事，实现新闻素材的快速采集和回传，提升新闻报道的时效性。
存储应用：广电视音频（音视频）存储
图2
3.构建媒体资产管理网络的存储系统
媒体资产管理系统采用双码流进行视音频资料的处理。考虑到视音频资料归档所需要的较高的单机数据迁移带宽，故采用光纤通道技术的FC-SAN架构将有 助于媒体资产管理系统建立较小的数据归档和回迁窗口。对于单个迁移服务器，其集成4Gb/s FC HBA卡后，单机数据吞吐量可以达到400MB/s，而采用千兆以太传输通道，其单机数据吞吐量只能达到100MB/s。对于当前主流的 LTO4\LTO5磁带机而言，其实际磁带机的吞吐量为120MB/s，如果采用千兆以太网通道进行数据归档，则磁带机始终处于欠载状态，长久使用将降低 LTO磁带机的使用寿命。故结合实际工程的经验，大中型媒体资产管理系统中，建议采用FC-SAN架构结合存储共享软件的方案，作为高码流数据的存储方 案。上下载工作站及归档迁移服务器等需要访问高码流文件的主机接入到SAN网络中，如图3所示。
对于低码流文件，为了让编目检索站点更加便捷的使用存储，建议低码流存储区采用NAS存储网络架构，专业NAS产品具有使用简单、易于扩展的特点。
综上所述，媒体资产管理系统的网络架构适宜选择SAN+NAS的存储网络结构。如图3所示。
存储应用：广电视音频（音视频）存储
图3
4.构建播控网络的存储系统
在播控系统中，存储系统主要是其二级近线磁盘存储区，该存储区内存放着由外系统备播到播控系统内的节目。考虑到系统互联的复杂度，播控系统内设备使用 的易用性，以及数据存储的安全性。播控系统不是完全适宜集成较为复杂的SAN存储网络架构，而是适宜采用更为简单的单网架构，即:NAS网络架构。在 NAS架构下，存储系统为企业级的专业NAS存储，其可以提供RAID6等更高安全系数的数据校验机制，降低磁盘损坏后造成数据丢失的几率。同时，企业级 NAS存储系统，提供了FTP网关等功能，进行播控系统和外系统的互联时，无须在播控系统内再架设文件访问网关，减少播控系统内的主机设备数量，降低系统 风险和建设成本。对于播控系统而言，NAS存储网络架构是该业务系统的最佳存储系统选择，如图4所示。上下载工作站将外购节目进行数字化，采集到NAS磁 盘阵列上。节目播出时，考虑到安全播出，播控工作站将视频文件从NAS磁盘阵列上迁移到播出服务器本地硬盘，后续由播出服务器进行本地播出。 |
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