高校數字視頻編輯存儲網絡設計

摘要 從實用與簡約的角度出發，設計一種基于NAS存儲技術和1000Base-T技術標準的存儲網絡，以便于素材的共享與管理。

關鍵詞 數字視頻；存儲網絡；NAS；1000Base-T

中圖分類號TP302.1 文獻標識碼 A 文章編號 1671-489X（2008）10-0074-03

Design of University Digital Video Editing Storage Network//Xie Hongjun，Wu Jianjun

Abstract The storage network is an important part of digital video editing network systems.In this paper，starting from practical and brief angle，a storage network based on NAS storage technology and 1000Base-T technical standard is designed.

Key words digital video；storage network；NAS；1000Base-T

Author’s address Huanghuai College，Zhumadian，Henan 463000

1 引 言

當前，信息技術飛速發展，數字傳媒業越來越重視視頻運用，數字視頻編輯人才需求日益劇增，許多高校開設了數字影視編輯制作類的課程，數字視頻編輯網絡正是這些課程實踐環節的保障，而存儲網絡是視頻編輯網絡中的核心之一，是實現資源存儲與共享的重要保障。

目前，國內外數字視頻編輯網絡的研究大多采用較先進的技術和昂貴的設備，而普通高校的應用是僅限于數字視頻編輯課程的實踐教學，沒必要上功能繁雜和昂貴的大型系統。另外，高校經費短缺，存儲網絡也是系統中占用資金較多的一部分。

本文從網絡存儲系統需求、網絡傳輸技術的選擇、存儲技術的選擇、網絡架構等方面進行探討，提出了一種數字視頻編輯網絡存儲的簡約化解決方案，以期在發揮單體化的數字視頻編輯技術優勢的基礎上，通過多工作站的網絡化存儲，實現資源共享，進一步發揮網絡存儲的優勢，提高編輯工作效率。

2 設計目標與技術選擇

設有兩個平行教學班，每班40人，每班分兩組上機，建一個22個網絡用戶的編輯機房，其中無卡工作站（學生機） 20臺，上載工作站（有卡工作站）1臺，教師機1臺。存儲網絡系統的功能需求：1）素材的網絡存儲和實時下載功能。每臺工作站都能實時的讀取素材庫中的WMV格式的視頻素材和其它素材，具有22個用戶同時進行正常訪問的工作帶寬；2）每種素材同時使用Mpeg-2、WMV兩種格式高低不同的碼率，若每位用戶存儲45分鐘視頻，應具有80個用戶專用的素材存儲空間。

2.1 網絡帶寬的選擇視頻編輯使用的素材主要是動態的視頻，對于視頻流的傳輸，傳輸網絡必須具有較高的數據傳輸帶寬。在高校視頻編輯學習中，通常采用壓縮率較高的視頻格式，比如Mpeg-1、Mpeg-2、Mpeg-4、WMV等格式。這樣做的好處是減小視頻素材的數據量，從而降低了網絡的帶寬要求。數字視頻編輯網常采用高低兩種壓縮比的雙路采集功能，即視頻素材按2個壓縮比同步進行采集，一路采用低壓縮比進行采集，另一路采用高壓縮比。高壓縮比素材用于粗編（低分辨率編輯），這是學生學習過程中常用的一種編輯方式；低壓縮比素材用于精編合成（輸出最終作品）。低壓縮比素材使用Mpeg-2格式，其典型數據碼率為8 Mbit/s；高壓縮比素材采用的WMV格式素材，其典型數據碼率只有2 Mbit/s。本設計為22個網絡用戶的系統，在8 Mbit/s的數據率時，22臺機器同時工作時，并發數據流為176 Mbit/s。若采用兩層實時編輯，數據率為16 Mbit/s，并發數據流為352 Mbit/s，實際應用中應留有一定的冗余。因此，連接素材庫等設備的主干網須使用千兆網絡才能適應系統要求，而單臺無卡編輯工作站使用百兆網絡即可滿足要求。

2.2網絡傳輸技術標準與傳輸媒介的選擇在千兆網媒介的選擇上，IEEE802.3協議族規范了4種媒介可以承載千兆以太網的傳輸，表１列出了信號在這4種媒質中的傳輸距離[1]。

從表中可以看出，1000BASE-SX標準和1000BASE-LX標準依賴光纖介質，由于價格較高，不宜采用。1000BASE-CX標準使用的是銅纜，采用9芯D型連接器連接，最大傳輸距離只有25米。

1000Base-T以太網標準是一種使用5類UTP作為網絡傳輸介質的千兆以太網技術，最長有效距離可以達到100米。1000BASE-T接口已成為各大網絡設備供應商的必備接口，1000BASE-T雙絞線收發模塊已被廣泛應用在千兆以太網中。1000BASE-T雙絞線收發模塊能在現有的第5類雙絞線中實現千兆位的傳輸，將傳統的十兆、百兆位以太網連接平滑升級到千兆位以太網，大大降低了以太網升級成本。1000BASE-T技術以其簡單和低廉的升級方式而倍受廣大網絡用戶的青睞，也非常適合本系統使用。

2.3 素材存儲器容量的選擇視頻素材采用Mpeg-2 格式，碼流8 Mb/S視頻質量，25幀/s，分辨率720×576，24 Bit的圖像，質量達到了廣播級標準，45分鐘節目的數據量在2.64 GB 左右。若按照兩個教學班80人計算，存儲作品的磁盤容量為210 GB；同時采集WMV格式的低碼率素材，碼流2 Mb/S的視頻質量，存儲作品的磁盤容量為52.5 GB。存放素材的容量應大于2倍的作品容量。這樣，磁盤總容量=210+52.5+2×210=682.5 GB。所以本系統的素材存儲容量選擇1 TB，留有一定冗余，以作他用。

2.4 幾種網絡存儲技術的比較網絡存儲方案是對網絡存儲器進行管理和使用的技術方案。簡單來說，網絡存儲就是將存儲設備直接連接到網絡上。網絡存儲技術就是對這種直接連接到網上的硬盤進行組織與管理，形成網絡存儲系統，并管理和控制網絡硬盤的使用。

目前主流的數字視頻編輯網絡存儲構架包括有NAS（Network Attached Storage，網絡附加存儲）方案、SAN（Storage Area Network，存儲區域網）方案和 SCSI 數據鏈方案。

SCSI數據鏈則是利用SCSI冗余硬盤陣列的兩個輸出接口分別連接一臺編輯工作站，從而實現數據共享。但是該方案存在明顯缺陷：其一，規模僅限于兩臺編輯工作站的數據共享；其二，距離上受到SCSI傳輸規范的限制，一般不能超過2～3 米；其三，各臺編輯工作站上都必須安裝SCSI陣列卡，成本較高。

SAN方案使用以太網外加RAID陣列連接光纖通道（Fiber Channel）構建的。SAN提供無限的擴展能力和高速的數據處理能力與連接速度。目前，國內外高效的數字視頻編輯網絡技術傾向是采用光通道網絡的SAN，它是能滿足多路視頻并發的高性能接口技術，標稱數據傳輸速率達 1 000 Mb/ s。但SAN 技術本身也有很多不足，一方面，SAN 技術需要遠遠超過 NAS 方案；另一方面，SAN 技術還要依賴光纖通道，成本較高。

在以太網基礎上構建的 NAS方案中[2]，NAS存儲結構通過網絡集線器或交換機方便地接到用戶網絡上，無需構建專用網絡；存儲系統不再通過I/O總線附屬于某個服務器或客戶機，而直接通過網絡接口與網絡直接相連，由用戶通過網絡訪問。而且，它是以數據為核心的存儲結構，可實現異構平臺下的文件共享，提供文件級服務，為每一個網絡用戶提供共享磁盤空間。缺點是在實際的應用中，當多用戶同時并發訪問同一數據時，繁鎖的網絡傳輸過程，增大了網絡資源的開銷，使得文件的I/O速度變慢，影響用戶的正常使用。但本系統的用戶數僅22個，完全能夠滿足要求。

與傳統的通用服務器不同，NAS專用服務器能在不增加復雜度、管理開銷、降低可靠性的基礎上，使網絡的存儲容量增加，具有非常好的可擴展性。由于不需要服務器提供更多的硬件及服務，使服務器的可靠性和I/O性能大大提高，能充分利用可得到的10 M/100 Mb或是1 000 Mb的網絡帶寬，有較大的數據吞吐量。NAS的數據吞吐量比通用服務器提高5～10倍，其數據傳輸速率已接近網絡帶寬的極限。構建1000Base-T 快速NAS 存儲網絡是最經濟、有效、可行的方案。

3 NAS存儲方案

NAS設備提供 RJ-45 接口和單獨的IP地址，可以將其直接掛接在主干網的交換機或其他局域網的Hub上。通過簡單的設置(如設置機器的IP地址等)就可以在網絡即插即用地使用NAS設備。用戶可利用WWW瀏覽器、網絡鄰居等標準的PC界面工具，對NAS設備中的資源直接進行訪問。網絡管理員和教師可在網中的任一臺計算機上通過Web瀏覽器對NAS存儲設備進行遠程設置及管理，大大簡化了對存儲設備和資源的管理與維護。

系統存儲網絡采用了基于1000BASE-T技術的以太網星型結構，由1臺NAS存儲服務器、1臺有卡工作站、1臺教師機、20臺無卡工作站、1臺Web服務器及網絡交換機等組成。有卡工作站（上載工作站）、教師機和WEB服務器都通過1 000 M以太網和NAS存儲服務器連接。無卡工作站（學生機）通過100 M以太網和NAS存儲服務器連接。網絡交換機有4個1 000 M端口，NAS服務器直接連接到網絡交換機的1 000 M端口。系統存儲網絡結構如圖1所示。

4 結語

專業視頻編輯網絡一般會采用FC+以太的SAN雙網結構[3]，基于千兆網的單網結構也可以應用在視頻行業，不過由于單點NAS服務器對外提供的帶寬通常只有40～60 MB，因此NAS還只能應用在小型的，或視頻流碼率較小的視頻系統中。隨著NAS服務器系統的對存儲管理能力的加強，TOE卡投入實際的應用，通過鏈路聚合將多個網卡綁定在一起和增加NAS節點數使NAS服務器對外提供更大的連接帶寬和存儲空間。目前市場上已經出現400 MB/S帶寬的NAS設備。近年來網絡存儲技術發展較快，如NAS和SAN相結合技術、存儲網絡虛擬化技術、智能存儲技術、零拷貝技術，以及可以提供800 MB/S 帶寬的先進的SDD存儲技術等，隨著新一代網絡技術的發展，存儲網絡正走向高帶寬、大容量、智能化、高效率之路，未來高清視頻編輯網絡中帶寬將不再是瓶頸。

參考文獻

[1]Wang K.1000BASE-T千兆以太網雙絞線收發技術[EB/OL].http://tech.ddvip.com/2006-04/11441938803804.html，2006-04-05

[2]陳志忠.數據存儲的架構方式與選擇[J].現代遠程教育研究，2007(02):66

[3]殷利國.電視臺制播系統中存儲方案的設計[J].廣播與電視技術，2007，34(3):94-96