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(jì)算機(jī)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(yùn)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(qiáng)大、投資相對(duì)減少（與傳統(tǒng)設(shè)備比較而言）等顯著的優(yōu)點(diǎn)，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(shì)�？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(shí)時(shí)三維特技、中文字幕等功能，可以說，單機(jī)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(chǔ)空間有限、某些特技不能實(shí)時(shí)完成等等，所以說單機(jī)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(shì)體現(xiàn)，只有將許多單機(jī)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?cè)诒疚闹幸懻摰膯栴}------數(shù)字視頻網(wǎng)。數(shù)字視頻網(wǎng)是指一種實(shí)現(xiàn)視頻傳輸（本地或遠(yuǎn)程，實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)）的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其構(gòu)成包括其中各個(gè)子網(wǎng)（本地子網(wǎng)和遠(yuǎn)程子網(wǎng)），其核心是視頻交換和視頻存儲(chǔ)。
一、網(wǎng)絡(luò)的概念及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)是許多設(shè)備的集合，由一個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)通�？梢苑譃榭偩�型、星型和環(huán)型，關(guān)于這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容在此就不再詳細(xì)說明。
二、網(wǎng)絡(luò)的分類
計(jì)算機(jī)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(chǔ)結(jié)構(gòu)）。下面我們就從傳輸協(xié)議方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)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(duì)基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)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(tái)建立聯(lián)接，且其投資比較小。但是，以太網(wǎng)也有其缺點(diǎn)，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(gè)最大缺點(diǎn)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(hào)（采用2：1壓縮比其數(shù)據(jù)文件大約為1GB），花費(fèi)的時(shí)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(duì)時(shí)間要求不高的場(chǎng)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(gè)端口數(shù)據(jù)傳輸速度已經(jīng)接近1Gbps，根據(jù)實(shí)際的測(cè)試，千兆以太網(wǎng)可以達(dá)到320Mbps的實(shí)際可用帶寬，這樣就大大提高了傳輸效率，增強(qiáng)了實(shí)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(yuǎn)距離傳輸音頻和視頻信息而設(shè)計(jì)的，它側(cè)重于恒定帶寬和固定時(shí)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(kuò)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(jì)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(duì)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(jí)的服務(wù)，服務(wù)質(zhì)量的保證特別有利于進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jí)服務(wù)。其次，ATM既可以傳輸傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時(shí)又能傳輸如電話或電視等時(shí)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(shí)才需要帶寬，加之ATM信元提供時(shí)分復(fù)用器那樣的時(shí)間片段來進(jìn)行連續(xù)傳輸，因此ATM在處理實(shí)時(shí)傳輸和突發(fā)性LAN傳輸時(shí)能達(dá)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(jí)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(shí)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(shí)間延長導(dǎo)致畫面停滯等現(xiàn)象，這一點(diǎn)要優(yōu)于千兆以太網(wǎng)的RSVP技術(shù)。
3、SSA（串行存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)）
SSA是一種新的可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、功能強(qiáng)大的串行接口。主要用于將硬盤機(jī)、磁帶機(jī)、CD-ROM、驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)、掃描儀等外圍設(shè)備連接到工作站、主機(jī)、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(biāo)準(zhǔn)局在X3T10.1基礎(chǔ)上標(biāo)準(zhǔn)化而成的。磁盤驅(qū)動(dòng)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(dá)8臺(tái)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(dá)128個(gè)設(shè)備，單設(shè)備自動(dòng)配置，不需跳線或終接阻抗；備用數(shù)據(jù)路徑確保無單點(diǎn)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(diǎn)到點(diǎn)連接。數(shù)據(jù)不直接送往主機(jī)，而是沿設(shè)備鏈路前進(jìn)，理論上可以包含128個(gè)設(shè)備。這種點(diǎn)到點(diǎn)連接的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是所有外圍設(shè)備之間能按要求進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不馬上與主機(jī)通信。
若在一個(gè)閉合SSA中，萬一發(fā)生設(shè)備錯(cuò)誤，通過SSA控制器即可盡快自動(dòng)配置成兩環(huán)。這可確保繼續(xù)運(yùn)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(yùn)行中替換（熱插拔），一旦所有設(shè)備又正常運(yùn)行，硬件會(huì)自動(dòng)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(dòng)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(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)接口兼容多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以最大帶寬實(shí)現(xiàn)傳輸是一種傳輸率高達(dá)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(biāo)準(zhǔn)和開放性標(biāo)準(zhǔn)，它支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：點(diǎn)到點(diǎn)、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(jìn)行傳輸，所以FC對(duì)于視頻、圖像和海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及傳輸極為理想。
FC已被許多計(jì)算機(jī)廠家推薦為電視節(jié)目制作設(shè)備的數(shù)字存儲(chǔ)連接標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)得到了Avid、松下等非線性編輯廠家和硬盤存儲(chǔ)生產(chǎn)廠商的廣泛響應(yīng)。多臺(tái)非線性編輯機(jī)之間共享素材，協(xié)調(diào)工作已是大勢(shì)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(huì)消除計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與硬盤之間的傳輸瓶頸。理論上，大約800Mbps的實(shí)際吞吐率是可能達(dá)到的，在節(jié)目制作中，這個(gè)速度將快于實(shí)時(shí)或同時(shí)進(jìn)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(duì)制作和設(shè)備管理人員來說，煩人的等待時(shí)間將變?yōu)楦咝Ф喈a(chǎn)的創(chuàng)造時(shí)間。FC有一個(gè)缺點(diǎn)，這就是成本較高。這一點(diǎn)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(shì)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(duì)于同步的服務(wù)，如多媒體和電話會(huì)議，尤其是廣域范圍內(nèi)這些網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，ATM是一個(gè)好的方式。FC的設(shè)計(jì)是面向大容量存儲(chǔ)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(shí)存在。SSA僅僅是磁盤存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)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(duì)于電視節(jié)目制作部門來說，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的要求是第一位的，因?yàn)樵谄渲袀魉偷臄?shù)據(jù)量是極大的，如果沒有一個(gè)足夠的傳輸速率的話，就不能滿足電視制作中常有的實(shí)時(shí)要求。同時(shí)，制作部門內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)應(yīng)從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面來考慮，采用多種網(wǎng)絡(luò)形式來組成實(shí)用經(jīng)濟(jì)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(chǔ)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(gè)共同特點(diǎn)就是都采用了FC-以太網(wǎng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在FC上連入實(shí)時(shí)使用低壓縮比視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行工作的設(shè)備（如串編及下載工作站）以實(shí)現(xiàn)節(jié)目制作數(shù)字化，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(chǔ)和實(shí)時(shí)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(jìn)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(diǎn)并行的工作方式，大大加快節(jié)目制作速度。同時(shí)，以太網(wǎng)還將系統(tǒng)中所有的工作站點(diǎn)連接起來，以實(shí)現(xiàn)各工作站點(diǎn)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(shì)。但目前這些產(chǎn)品都存在著這樣那樣的缺點(diǎn)，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(tái)的網(wǎng)絡(luò)管理功能對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行管理，或者是網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)整個(gè)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(diǎn)構(gòu)成了系統(tǒng)運(yùn)行期間的潛在危險(xiǎn)，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(chǔ)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器之間通訊，結(jié)合了I/O通道技術(shù)、LAN模型、大容量存儲(chǔ)器特點(diǎn)的一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：高帶寬、模塊化可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)、高可用性和容錯(cuò)能力、易管理性、易集成、低造價(jià)。SAN的根本就是計(jì)算機(jī)之間及其和存儲(chǔ)器之間的互聯(lián)，它消除了服務(wù)器處理瓶頸，使實(shí)際可用帶寬接近實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，適合大數(shù)據(jù)量傳輸、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。而FC已逐步發(fā)展成為計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器之間互聯(lián)的新標(biāo)準(zhǔn)，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(dòng)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
在FC-SAN構(gòu)架的視頻網(wǎng)中，SAN不但承擔(dān)著視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、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(hù)。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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)都已轉(zhuǎn)到了數(shù)字視頻網(wǎng)上，這一點(diǎn)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(diǎn)：造價(jià)偏高（主要是FC網(wǎng)），系統(tǒng)不易于維護(hù)；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(kuò)展性和兼容性較差。
從目前的發(fā)展趨勢(shì)來看，將來非編的壓縮方式應(yīng)該是MPEG-2，這種壓縮方法對(duì)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(shí)間也不會(huì)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(jià)自然大大下降。
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