網絡化非線性編輯系統研究與開發

1972年，世界上第一臺非線性編輯系統CMX-600投入使用后，由于其具有將視頻數字化和制作過程簡單快捷等優點而備受業內人士歡迎。隨著計算機軟硬件技術的飛速發展，非線性編輯技術也日新月異，在短短30多年間，經歷了板卡式的非編系統、無卡非編系統、CPU+GPU+I/0的非線性編系統、網絡化的非編系統幾個階段。探討非編系統的進一步開發，面對提高訪問速度和運行的安全性這兩大非編系統發展瓶頸，合理設計網絡化非線性編輯系統就成為當務之急。解決這一難題，對于提高節目的制作質量和構建系統的投入都具有刻不容緩的實際意義。

一、網絡化非線性編輯系統的構建原則

網絡化非線性編輯系統的設計是否合理是關系到能否制作出高質量節目和資金投入的根本問題，一般說來，其設計需按以下原則：(1)根據所需制作影視節目的質量和對象確定網絡非編的檔次。網絡化非線性編輯系統相對來說資金投放是較大的，要根據制作節目質量的要求和使用對象合理組網。(2)有較高的可靠性或系統安全性。整個系統運行要穩定可靠，在編輯過程中要流暢，對整個系統要有相應的備份等安全措施，在防止外界病毒入侵，防止非法操作和誤操作都要做到符合相應的要求。(3)網絡系統技術要有一定的先進性，網絡系統的硬件和非編軟件，要具有時代性，在有限的資金下作出最合理的配置，在兼容性和維護方面要有一定的先進性。(4)系統要具有升級擴展空間。在電子技術高速發展的今天，為了適應實際發展的需要，系統在網絡的硬件和軟件方面都應具有升級的能力。(5)要有較高的性價比。合理配置網絡系統設備，要全面地提高整個網絡系統的性價比。

二、網絡化非線性編輯系統的構建

網絡化非線性編輯系統主要由中央存儲系統、組網構架、管理和非編軟件、編輯工作站組成。

1.中央存儲系統。

中央存儲系統主要由磁盤柜陣列、陣列控制器和周邊的電源、風扇、存放磁盤的機柜等組成。

磁盤柜陣列。磁盤陣于1987年由美國加州大學伯克利分校首先提出，磁盤存儲陣列簡稱RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫，中文簡稱為磁盤陣列。是由一定數量的獨立磁盤組成一個容量大的磁盤。

磁盤陣列的方式選擇。磁盤陣列的接口方式與磁盤的接口技術發展有關。現有的磁盤陣列有IDE、SATA、SCSI、SAS、FC、ISCSI等幾種。

IDE、SATA、SCSI、SAS接口的磁盤陣列相對于FC(Fibre Channel，光纖)、iSCSI磁盤陣列，其訪問速度慢和反應能力不夠靈敏，所以一般用在中低端的網絡非編系統，FC、iscsI磁盤陣列具有很高的訪問速度和良好的反應能力，一般用在高端的網絡非線性編輯系統。

磁盤陣列數據安全設計。磁盤陣列對數據存儲安全管理方面可分為RAID0，RAIDl，RAID0+1，RAID3，RAID5等。RAID0是最簡單的形式，把一定數量的硬盤簡單地串聯在一起，擴大了硬盤的容量，訪問速度沒變化，并且是沒有冗余或數據修復能力，一般只用于對讀寫速度要求不高和對數據安全級別較低的陣列中應用；RAIDl是對每個磁盤的讀寫都有一個對應的鏡像盤。RAIDl可以在一半數量的硬盤出現問題時不間斷地工作，但存儲空間只是所有磁盤容量總和的一半，而且在讀寫時要進行二重讀寫，從而加重了負載和減低了速度。RAID0+1是綜合RAID0和RAIDl優點的磁盤陣列；RAID3采用的是一種較為簡單的校驗實現方式，使用一個專門的磁盤存放所有的校驗數據，而在剩余的磁盤中創建帶區集分散數據的讀寫操作。這樣就提高了數據存儲空間從而減少了冗余的開銷；RAID5是RAID3的改良，把所有的校驗塊分散到所有的數據盤校驗盤，現高端產品一般采用RAID3或RAID5的數據冗余。

磁盤陣列容量的選擇。之所以網絡非編用磁盤陣列除了有非常快的訪問速度外，還能得到非常大的存儲空間。磁盤陣列容量的設計主要是根據網絡非編在一定時間段所要做電視節目量的大小和素材在磁盤陣列需保存的時間長短以及視頻清晰度的檔次決定。

例如：某個制片公司每星期需制作10小時的影片，制片時素材在陣列保存時間為一個月(按四周算)，成片時間與素材之比一般按1∶5算，這樣一個月所需總時間為：10×4×6=240小時的存儲空間。存儲時如格式是用MPEG-2格式，每幀的碼流為50M，按8∶1的壓縮可算出一小時的音視頻所需的存儲空間為：50×3600/8/1024+48×2×3600/1024/1024=22.01Mb×240=5.28TB，式中lTB=1024Mb，如選每個獨立的磁盤為300G，所以5.28TB/0.3TB=17.6≈18個，如采用高效率高安全性的RAID5的磁盤陣列存儲技術，所需磁盤的個數為18+2=20個。

磁盤陣列控制器。在中高端的磁盤陣列一般都配帶智能磁盤控制器。磁盤控制器是介于主機和磁盤之間的控制單元，專門對磁盤陣列的數據讀寫和數據安全進行管理。使主機從中解放出來，為了實現無單點故障的中高端磁盤陣列都配置了兩個以上的磁盤控制器，部分高端產品還可以運行基于磁盤陣列的存儲管理軟件，對磁盤陣列進行全方位的管理。采用雙控制器的產品常見的有IBM DS系列、HP EVA系列、EMC CLARIION系列、HDS Thunder95系列等，一般用于中低端網絡非編。掌握高檔多控制器體系結構磁盤陣列產品技術的廠家不多，技術比較成熟的有EMC和HDS公司，如HDS—USP/IBM 8300、EMC DMX4—950等產品。這些高端的磁盤陣列在可靠性和訪問速度方面幾乎達到了完美，在高端的非編網和電信、銀行等行業得到了廣泛的應用和認可。

為了數據的安全和防止系統單點故障的出現，中央存儲系統的磁盤、控制器、電源、風扇等都應具備支持有熱插拔和冗余。

2.組網構架。

網絡構架是網絡非線編輯的重要部分，在設計時除了考慮網絡的先進性、穩定性、速度和帶寬外，還要根據實際的用途和資金情況確定組網方式。目前主要的組網方式有以下幾種形式。

百兆以太網構架。這種組網方式在非編領域基本已淘汰，這種網絡構架投資少但其帶寬窄網速低，只能用于建造小型的實驗型非編網絡，在一些教學單位給學生實驗用，如圖1所示。

這種組網方式相對于百兆的以太網在帶寬和網速方面都有很大提高，它主要由網絡服務器、千兆網絡交換機、有卡工作站和無卡工作站組成。它的性價比較高，很適合教學單位或小規模的制作公司組網，網絡構架如圖2所示。

FC—SAN網絡構架。FC—SAN(Storage Area Network)采用光纖的網絡存儲技術，網絡上的所有工作站都處于平等地位，直接通過交換機訪問磁盤陣列的素材。FC—SAN網絡結構采用存儲局域網技術，所以具有的頻帶寬、對數據的存儲安全可靠且容錯能力強，消除工作站訪問磁盤陣列經過服務器處理瓶頸，可用帶寬接近實際的網絡傳輸帶寬，其單通道可提供1Gb/s速率，傳輸帶寬最小266Mb/s，最大可達到4Gb/s，傳輸距離可達40km以下。現主要用于高端的非線性網絡，但其構建成本高，只能應用于經濟實力較雄厚的電視臺或廣告公司，其組網結構如圖3所示。

SAN+網絡附加存儲(NAS)構架。FC-SAN網絡構架其帶寬寬、訪問速度高，但其造價非常貴，對于資金不是那么雄厚的電視臺或制作單位難以實現。FC-千兆以太網構架雙網構架在性價比上找到了一個平衡點，以FC光纖和千兆以太網相結合，如圖4所示，工作站分為兩部分，一部分是有卡工作站與光纖網相連，實現素材的上傳和影片的輸出工作，另一部分是無卡工作站與千兆網相連，要與FC磁盤交換數據并需經過網絡服務器。這種網絡構架致命的要點在于當有一定數量的無卡工作站通過網絡服務器訪問FC磁盤陣列時，網絡服務器變為速度的瓶頸，導致網絡服務器死機的現象，但這種現象在索貝的柔性網絡構架中得到了很好的解決。

三、管理和非編軟件

網絡非編管理軟件

網絡非編管理軟件是擔負整個網絡高速運行、穩定和功能有效實現的保證。管理好在不同工作站在同一時間能安全和高效地訪問磁盤陣列的素材。從素材的上載導入、高低碼流的對稱編輯、賬號和存儲空間的嚴格管理，節目的提交、審查和串片，節目的插播、播出及媒體資產管理，直到軟硬件的使用統計等。現研究開發的網絡非編管理軟件較多，如StorNext、OpenNet等管理軟件。

編輯軟件。非編軟件是網絡非編系統的重要組成部分，成片的效果和特效與非編軟件有直接的關系，由于開發非編軟件的經濟效益明顯，現有許多公司研制開發非線性編輯軟件，如Adobe Premiere、Canopus EDIUS Pro 3、Avid Xpress Pr等。非編軟件的選擇要根據非編網絡的檔次和所需完成的功能來決定非編軟件的選擇。

四、非編工作站

非編工作站的設計要根據網絡非編系統的檔次和需要完成的功能來設置，一般分為有卡工作站、無卡工作站、配音工作站、審片工作站、防病毒工作站等。有卡工作站需完成素材的上下載，般配有本地硬盤防止網絡癱瘓的情況下，能暫時進行應急的編輯工作，如圖5所示。

五、網絡非編系統病毒防護

病毒的防護是整個系統能否正常運行的重要保證，整個非編網應作一個獨立的網絡與外界網絡作物量的隔絕，防止病毒從移動存儲設備傳入網絡系統，所有工作站都不配光驅，把所有的USB接口作物理斷開和封死接口。所有工作站的鍵盤、鼠標全為SP2接口。考慮到網絡與外界交換數據的實際需要，專門設計一個防病毒工作站，工作站設計成單向拷貝和防火墻等措施，會避免外網病毒和黑客入侵。所有進入系統的數據都從這個工作站檢測后方可進入，網絡管理技術人員要及時進行病毒庫升級和定期的安全檢查。

六、結束語

在目前情況下，由于中央處理系統和寬頻帶網架的昂貴，嚴重制約了網絡非編的發展。訪問速度快和頻帶寬的網絡非編，現在尚能在一些經濟實力較雄厚的電視臺或制作公司應用。但隨著電子技術的發展，電子產品的性價比不斷提高，網絡化非編代替單機板卡式的非編是勢在必然，現階段的以標清為主的技術必然向高清過渡。由CPU完成數據的讀取和編碼，GPU完成合成和輸入、輸出的CPU+GPU+I/0構架在為今后的發展方向、高清節目的制作也必將是今后發展的重點。同時，在功能上涵蓋更廣的、將生產與播出和管理納入到一個高性能高智能高安全的網絡中，電視節目生產流程中的寫稿、配音、制作、演播室的合成與播出均通過計算機網絡完成，實現智能化管理、網絡化制作、數字化存儲和自動化播出，也必將取代現在的各自為政，因此，對于網架結構的配備、對于非編工作站的使用，越發成為推廣與應用現代非編技術的重中之重。

(作者單位：湛江師范學院)

編校：楊彩霞