數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)
數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)
《西部廣播電視》2000年第10期發(fā)表近幾年，隨著計算機專業(yè)多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，非線性編輯系統(tǒng)應(yīng)運而生，并迅速趨于成熟。國內(nèi)外眾多的廠商提供了各不相同的非線編設(shè)備，在廣電領(lǐng)域各放異彩。由于非線編設(shè)備具有操作簡單、功能強大、投資相對減少（與傳統(tǒng)設(shè)備比較而言）等顯著的優(yōu)點，它已成為視音頻編輯設(shè)備發(fā)展的方向，大有取代傳統(tǒng)制作設(shè)備之勢�？v觀目前眾多的非線編設(shè)備，大都已能提供中文界面、無損壓縮、實時三維特技、中文字幕等功能，可以說，單機非線編設(shè)備正逐步走向完善。但是非線編設(shè)備也存在一些問題，諸如存儲空間有限、某些特技不能實時完成等等，所以說單機非線編形式并不是非線編技術(shù)的最終發(fā)展結(jié)果和最大優(yōu)勢體現(xiàn)，只有將許多單機非線編設(shè)備連接成網(wǎng)，才能夠最大限度的發(fā)揮系統(tǒng)內(nèi)存素材的作用，提高系統(tǒng)工作效率。這就是我們在本文中要討論的問題------數(shù)字視頻網(wǎng)。數(shù)字視頻網(wǎng)是指一種實現(xiàn)視頻傳輸（本地或遠程，實時或非實時）的計算機網(wǎng)絡(luò)，其構(gòu)成包括其中各個子網(wǎng)（本地子網(wǎng)和遠程子網(wǎng)），其核心是視頻交換和視頻存儲。
一、網(wǎng)絡(luò)的概念及拓撲結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)是許多設(shè)備的集合，由一個共同的傳輸媒體來連接；網(wǎng)絡(luò)是人與人之間溝通的橋梁，是獲取信息的手段，也就是說網(wǎng)絡(luò)是信息傳播的通道。網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)通�？梢苑譃榭偩�型、星型和環(huán)型，關(guān)于這些拓撲結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容在此就不再詳細說明。
二、網(wǎng)絡(luò)的分類
計算機網(wǎng)絡(luò)分類的依據(jù)有幾種。按其信息傳輸范圍可分為廣域網(wǎng)WAN和局域網(wǎng)LAN；按其信息傳輸方向可分為國際互聯(lián)網(wǎng)Internet和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet；按其信息傳輸內(nèi)容可分為文字網(wǎng)和視頻網(wǎng)；按其信息傳輸協(xié)議可分為以太網(wǎng)、ATM（異步傳輸）網(wǎng)和FC（光纖通道）網(wǎng)和SSA（串行存儲結(jié)構(gòu)）。下面我們就從傳輸協(xié)議方面對網(wǎng)絡(luò)進行詳細討論。
1、以太網(wǎng)（千兆以太網(wǎng)）
以太網(wǎng)是開發(fā)較早、應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的一種局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。對基于計算機平臺的控制組來說，可以很方便地通過以太網(wǎng)在PC、蘋果、SGI等平臺建立聯(lián)接，且其投資比較小。但是，以太網(wǎng)也有其缺點，比如說它管理電子郵件和共享打印設(shè)備的能力極差。另外，以太網(wǎng)的一個最大缺點是傳輸速率較慢，一般為10Mbps或100Mbps,在這種傳輸速率下，要傳輸2mm的視頻信號（采用2：1壓縮比其數(shù)據(jù)文件大約為1GB），花費的時間之長恐怕是制作人員所不能忍受的，而這種大小的文件在多媒體非線編制作中是很常見的。所以說普通以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)只能用于傳輸量較小、對時間要求不高的場合。所以現(xiàn)在又發(fā)展出了新型以太網(wǎng)---千兆以太網(wǎng)。千兆以太網(wǎng)采用交換技術(shù)，每個端口數(shù)據(jù)傳輸速度已經(jīng)接近1Gbps，根據(jù)實際的測試，千兆以太網(wǎng)可以達到320Mbps的實際可用帶寬，這樣就大大提高了傳輸效率，增強了實際應(yīng)用性。千兆以太網(wǎng)通過RSVP（Resource Reservation Protocol，資源預(yù)留協(xié)議）來保證在建立連接后提供穩(wěn)定的帶寬，以確保視頻數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。但RSVP只能“盡可能地”保證帶寬，也就是不一定保證。
2、ATM（異步傳輸）
網(wǎng) ATM最早是為通過電話網(wǎng)絡(luò)遠距離傳輸音頻和視頻信息而設(shè)計的，它側(cè)重于恒定帶寬和固定時延，因此主要用于廣域網(wǎng)上的可用帶寬和同步服務(wù)。后根據(jù)其發(fā)展最終擴展為在廣域網(wǎng)上提供高速同步服務(wù)和在局域網(wǎng)上提供視音頻服務(wù)。ATM是為了高效、高速傳輸任何類型的信息而設(shè)計的新興數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)。首先，ATM能有效傳輸不同類型的信息。與不同類型的信息傳輸對應(yīng)的延遲行為、延遲變化量和損耗特性，根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性提供不同優(yōu)先級的服務(wù)，服務(wù)質(zhì)量的保證特別有利于進行實時的交互式通信，而傳統(tǒng)以太網(wǎng)則不能提供類似的優(yōu)先級服務(wù)。其次，ATM既可以傳輸傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時又能傳輸如電話或電視等時間敏感型多媒體數(shù)據(jù)。ATM信元只在有數(shù)據(jù)要傳輸時才需要帶寬，加之ATM信元提供時分復(fù)用器那樣的時間片段來進行連續(xù)傳輸，因此ATM在處理實時傳輸和突發(fā)性LAN傳輸時能達到同樣好的性能。另外，ATM的高傳輸率和延展性是傳統(tǒng)以太網(wǎng)無法比擬的。ATM技術(shù)支持25-622Mbps乃至更高的傳輸率。由低速率升級到高速率非常方便，且不帶破壞性，還可根據(jù)需要延展帶寬，實現(xiàn)局域和廣域之間的無隙互聯(lián)。ATM通過QoS（Quality of Service，品質(zhì)服務(wù)）來保證在建立連接后提供穩(wěn)定的帶寬，以確保視頻數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞造成傳輸速度下降或時間延長導(dǎo)致畫面停滯等現(xiàn)象，這一點要優(yōu)于千兆以太網(wǎng)的RSVP技術(shù)。
3、SSA（串行存儲體系結(jié)構(gòu)）
SSA是一種新的可靠性高、實用性強、功能強大的串行接口。主要用于將硬盤機、磁帶機、CD-ROM、驅(qū)動器、打印機、掃描儀等外圍設(shè)備連接到工作站、主機、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和磁盤子系統(tǒng)。
SSA接口是由美國國家標準局在X3T10.1基礎(chǔ)上標準化而成的。磁盤驅(qū)動器、適配器和帶支持現(xiàn)行操作系統(tǒng)及總線系統(tǒng)（Windows95、98、NT、Novell Netware、Macos AIX、Unix）的系統(tǒng)都適用。
SSA允許用戶方便的處理巨大容量的數(shù)據(jù)。其技術(shù)特性包括：環(huán)型體系結(jié)構(gòu)，每環(huán)多達8臺控制器，密集6線電纜；最大帶寬80/160Mbps；雙全工、非仲裁；集成、熱插拔；每環(huán)多達128個設(shè)備，單設(shè)備自動配置，不需跳線或終接阻抗；備用數(shù)據(jù)路徑確保無單點失效。
采用SSA，設(shè)備就不同于SCSI那樣要使用單電纜連接，取而代之是一系列設(shè)備之間點到點連接。數(shù)據(jù)不直接送往主機，而是沿設(shè)備鏈路前進，理論上可以包含128個設(shè)備。這種點到點連接的一個巨大優(yōu)勢是所有外圍設(shè)備之間能按要求進行數(shù)據(jù)交換，而不馬上與主機通信。
若在一個閉合SSA中，萬一發(fā)生設(shè)備錯誤，通過SSA控制器即可盡快自動配置成兩環(huán)。這可確保繼續(xù)運行和剩余設(shè)備能被最大限度使用。出現(xiàn)故障的設(shè)備可以在運行中替換（熱插拔），一旦所有設(shè)備又正常運行，硬件會自動合并，并且系統(tǒng)重新配置成原來的SSA環(huán)形式。同樣，如果新的設(shè)備加入到SSA環(huán)中，配置和合并新硬件是自動的。
3、FC（Fiber Channel 光纖通道）網(wǎng)
FC開發(fā)于1988年，最早是用來提高硬盤協(xié)議的傳輸帶寬，側(cè)重于數(shù)據(jù)的快速、高效、可靠傳輸；后來FC同樣可以用來傳輸TCP/IP接口協(xié)議，因此FC就被修改為通過可擴展標準接口兼容多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以最大帶寬實現(xiàn)傳輸是一種傳輸率高達1G bps的高性能串行接口，它可以利用現(xiàn)有的公共傳輸協(xié)議，如IP和SCSI，因此，它是一種具有高速I/O和網(wǎng)絡(luò)功能集成在一起的技術(shù)。FC是由ANSI支持的并且遵從OSI標準和開放性標準，它支持多種拓撲結(jié)構(gòu)，包括：點到點、仲裁和分支結(jié)構(gòu)，可以為網(wǎng)絡(luò)化提供幾種服務(wù)質(zhì)量。由于它采用較大的數(shù)據(jù)包進行傳輸，所以FC對于視頻、圖像和海量數(shù)據(jù)的存儲及傳輸極為理想。
FC已被許多計算機廠家推薦為電視節(jié)目制作設(shè)備的數(shù)字存儲連接標準，同時得到了Avid、松下等非線性編輯廠家和硬盤存儲生產(chǎn)廠商的廣泛響應(yīng)。多臺非線性編輯機之間共享素材，協(xié)調(diào)工作已是大勢所趨，電視節(jié)目制作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化已不容質(zhì)疑。
應(yīng)用FC，在硬件和軟件之間產(chǎn)生有效平衡，會消除計算機與計算機、計算機與硬盤之間的傳輸瓶頸。理論上，大約800Mbps的實際吞吐率是可能達到的，在節(jié)目制作中，這個速度將快于實時或同時進行多視頻流的傳輸率，發(fā)送多GB數(shù)字視頻文件將從十多分鐘減少為幾秒鐘，更重要的是，對制作和設(shè)備管理人員來說，煩人的等待時間將變?yōu)楦咝Ф喈a(chǎn)的創(chuàng)造時間。FC有一個缺點，這就是成本較高。這一點防礙了它在具體應(yīng)用中的廣泛使用。
總之，以上提到的集中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各有其優(yōu)勢和適用范圍，各有所長，各自適用于不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)不太適用于固定數(shù)據(jù)的傳輸，而更適用于變化數(shù)據(jù)流的傳輸，如數(shù)據(jù)庫、文件拷貝。ATM是面向工作站、電話設(shè)備、視音頻攝取以及局域網(wǎng)集線器、網(wǎng)路由器之間的互聯(lián)，對于同步的服務(wù)，如多媒體和電話會議，尤其是廣域范圍內(nèi)這些網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，ATM是一個好的方式。FC的設(shè)計是面向大容量存儲子系統(tǒng)、視頻工作站、媒體服務(wù)器以及局域網(wǎng)集線器、網(wǎng)橋、路由器之間的互聯(lián)，它可用于工作站之間大型文件的傳輸，在性能要求很高的情況下，F(xiàn)C是最佳選擇。而且FC支持ATM協(xié)議，所以FC與ATM是兼容的，可以與ATM同時存在。SSA僅僅是磁盤存儲的標準，對子系統(tǒng)內(nèi)最少的設(shè)備數(shù)有限制，且雙向連接通道的傳輸速率也低于視頻編輯的傳輸要求，所以SSA的支持者現(xiàn)在是越來越少。
4、多網(wǎng)合一
對于電視節(jié)目制作部門來說，對網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的要求是第一位的，因為在其中傳送的數(shù)據(jù)量是極大的，如果沒有一個足夠的傳輸速率的話，就不能滿足電視制作中常有的實時要求。同時，制作部門內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸量又遠遠大于外部數(shù)據(jù)傳輸量。所以，在構(gòu)建數(shù)字視頻網(wǎng)時應(yīng)從實用性和經(jīng)濟性兩個方面來考慮，采用多種網(wǎng)絡(luò)形式來組成實用經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò)框架。在現(xiàn)階段，我們可以利用FC技術(shù)解決共享存儲數(shù)據(jù)的讀寫問題，利用千兆以太網(wǎng)和ATM網(wǎng)解決數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理問題，利用SAN技術(shù)解決硬盤的傳輸速度和數(shù)據(jù)安全問題。
（1）FC-以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)
這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是目前最流行的，國內(nèi)幾家主要的非線性編輯設(shè)備生產(chǎn)廠家都推出了自己的基于這種架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。如索貝公司的SobeyNet，大洋公司的DayangNet，新奧特公司的NewautoNet，這三家公司產(chǎn)品的一個共同特點就是都采用了FC-以太網(wǎng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在FC上連入實時使用低壓縮比視頻數(shù)據(jù)進行工作的設(shè)備（如串編及下載工作站）以實現(xiàn)節(jié)目制作數(shù)字化，并實現(xiàn)整個節(jié)目制作過程中高質(zhì)量、低壓縮比視頻素材的集中存儲和實時共享；在以太網(wǎng)（一般為千兆以太網(wǎng)）上連入使用高壓縮比視頻數(shù)據(jù)進行工作的設(shè)備（如預(yù)編及審片工作站）以完成工作量較大的任務(wù)，而且還采用多點并行的工作方式，大大加快節(jié)目制作速度。同時，以太網(wǎng)還將系統(tǒng)中所有的工作站點連接起來，以實現(xiàn)各工作站點制作結(jié)果的共享與相互傳遞。這樣就充分融合了FC與以太網(wǎng)各自的技術(shù)優(yōu)勢。但目前這些產(chǎn)品都存在著這樣那樣的缺點，如本身系統(tǒng)網(wǎng)管軟件缺乏或功能甚少，只能使用基礎(chǔ)平臺的網(wǎng)絡(luò)管理功能對本系統(tǒng)進行管理，或者是網(wǎng)絡(luò)用戶對整個系統(tǒng)的操作權(quán)限與系統(tǒng)自身安全之間存在很大的矛盾。這些缺點構(gòu)成了系統(tǒng)運行期間的潛在危險，一旦發(fā)作，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，無法正常工作，重則丟失重要數(shù)據(jù)，造成不可挽回的損失。
（2）FC-SAN網(wǎng)結(jié)構(gòu)
FC-SAN（Fiber Channel Storage Area Networks,光纖通道存儲區(qū)域網(wǎng)）網(wǎng)構(gòu)架一經(jīng)提出，就得到了迅速的發(fā)展。SAN 是一種以Gb帶寬實現(xiàn)計算機和存儲器之間通訊，結(jié)合了I/O通道技術(shù)、LAN模型、大容量存儲器特點的一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有以下特點：高帶寬、模塊化可擴展結(jié)構(gòu)、高可用性和容錯能力、易管理性、易集成、低造價。SAN的根本就是計算機之間及其和存儲器之間的互聯(lián)，它消除了服務(wù)器處理瓶頸，使實際可用帶寬接近實際的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，適合大數(shù)據(jù)量傳輸、實時數(shù)據(jù)處理。而FC已逐步發(fā)展成為計算機和存儲器之間互聯(lián)的新標準，目前世界上有超過70家公司在生產(chǎn)FC連接的磁盤驅(qū)動器、硬盤陣列、服務(wù)器，F(xiàn)C已經(jīng)發(fā)展成為構(gòu)成SAN環(huán)境的事實標準。
在FC-SAN構(gòu)架的視頻網(wǎng)中，SAN不但承擔著視頻數(shù)據(jù)的存儲、遷移、交換、共享，而且還掌管著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的登記、刪除、查詢、維護。也就是說，SAN是數(shù)字是數(shù)字視頻網(wǎng)的主干，在其上可以掛接若干制作子網(wǎng)和播出子網(wǎng)。北大方正公司的數(shù)字視頻網(wǎng)Founder DigiNET（如圖1）就是基于FC-SAN網(wǎng)架結(jié) 構(gòu)的視頻網(wǎng)。它將文稿系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、制作系統(tǒng)、演播室系統(tǒng)、播出系統(tǒng)集成在一個網(wǎng)中，支持異構(gòu)網(wǎng)和異種操作系統(tǒng)， 采用開放式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和控制協(xié)議，兼容標準硬件廠家。
四、數(shù)字視頻網(wǎng)的發(fā)展前景
目前國內(nèi)幾家大的非編生產(chǎn)廠商競爭的重點都已轉(zhuǎn)到了數(shù)字視頻網(wǎng)上，這一點從BIRTV’99上已可以清楚的看到。目前各廠家的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)上來說大同小異，都是采用FC-以太網(wǎng)這種雙網(wǎng)構(gòu)架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其壓縮方式都是M-JPEG。其中FC網(wǎng)用于網(wǎng)絡(luò)素材共享，以太網(wǎng)主要用于文稿、字幕和其它素材的網(wǎng)絡(luò)傳輸。但這種雙網(wǎng)架構(gòu)也存在著一些缺點：造價偏高（主要是FC網(wǎng)），系統(tǒng)不易于維護；不同廠家的產(chǎn)品之間素材不能相互調(diào)用，網(wǎng)絡(luò)的可擴展性和兼容性較差。
從目前的發(fā)展趨勢來看，將來非編的壓縮方式應(yīng)該是MPEG-2，這種壓縮方法對于網(wǎng)絡(luò)來說的最大好處是效率高，數(shù)據(jù)量小，便于網(wǎng)上傳輸。采用MPEG-2壓縮的非編卡已經(jīng)面世（如格非的Magi1000/4000卡、Matrox的Digisuite DTV卡），非編系統(tǒng)問世的時間也不會長。所以將來的視頻網(wǎng)只需要采用以太網(wǎng)就可以完成數(shù)據(jù)傳輸，造價自然大大下降。
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