高校數字媒體資產的存儲策略

葉永沛

（深圳職業技術學院，廣東 深圳 518055）

數字媒體資產（Digital Media Asset，DMA）是指媒體擁有或控制的以數字化形式存儲的經濟資源。對于不同的媒體組織，其數字媒體資源形式有所差異[1-4]。對于高校來說，數字媒體資產主要集中在大量數字化的教育電視節目、音視頻節目、素材和專題、精品視頻公開課等內容上。

目前，高校的電視節目制作設備從模擬到數字，視頻格式從標清到高清，編碼技術從MPEG-1和MPEG-2，發展到H.264，多年來積累了大量的電視教學片、精品視頻公開課、具有重大歷史意義的音視頻素材以及經模擬數字化后的大量的視音頻資源。這些資源是教育教學和新節目制作的寶貴資源，需要的存儲容量非常大。根據高校的實際情況，不同的應用和制作需采用不同的格式來存儲，比如用于網絡教學平臺及網絡課程、專業教學資源庫的視音頻節目、精品視頻公開課與用于制作電視教材和專題片的素材采用的存儲格式是不一樣的。通過合理地選擇存儲介質、存儲格式和采用分級存儲策略可以很好地解決高校數字媒體資產的存儲。

1 存儲介質的選擇

存儲介質和存儲設備對數據的單位存儲成本、保存的安全可靠性、存取速度等指標起著決定性的作用。目前應用的存儲介質主要有硬盤、光盤庫和數據流磁帶。硬盤主要有傳統硬盤SATA盤、SAS盤、FC盤和固態SSD盤等。SATA盤讀寫速度較慢，成本較低。SAS盤和FC盤讀寫速度快，價格稍高，不同硬盤應用在不同需求的系統環境下。光盤存儲介質主要有DVD光盤和藍光光盤。DVD利用MPEG-2的壓縮技術來儲存影像，碼率可在4～15 Mbit/s的范圍內選擇，是存儲容量大、高性能的存儲媒體，具有良好的交互性，適合網絡傳輸，圖像質量不受訪問次數的影響，存儲容量從單面的4.7 Gbyte到雙層雙面的17 Gbyte，能夠滿足廣播級標清節目對視頻數據長期存儲要求。藍光光盤采用的是高清格式[5]，可以儲存高品質的影音和大容量的資料，高清影像可包含高于標清影像6倍的圖像資料。而傳統DVD采用的是標清格式，存儲量只有4.7 Gbyte，如果用來錄制高清電影，大概只能容納50 min的內容，而單碟單層藍光光盤的存儲量可達25 Gbyte，足夠刻錄一個長達4 h的高清晰電影。數據流磁帶是一種以磁帶記錄格式為存儲模式的介質，在使用壽命、可靠性、存儲容量和數據傳輸速度上，都是傳統視音頻磁帶無法比擬的，數據流磁帶的存儲容量大，數據保存時間長，容量易于擴充，但存儲大量的數據時需要建立數據流磁帶庫，價格昂貴，且隔代不兼容。表1是硬盤、藍光光盤和數據流磁帶的比較。

表1 硬盤、藍光光盤和數據流磁帶的比較

通過對比各項性能指標，藍光光盤存儲低碳環保，一年能耗僅占磁盤陣列的1/37，既可以用作普通的備份介質，又可以用作實時的存儲載體，藍光盤在突破容量和生產成本的瓶頸后，將成為數字媒體資產存儲的新選擇，它很好地解決了數據流磁帶的兼容性問題，更能滿足高校數據存儲和數據整合的要求。

2 存儲格式的選擇

高校數字媒體資產存儲的內容以電視教學片、精品視頻公開課、視音頻素材、網絡視頻課程、專業視音頻教學資源庫為主。數據的壓縮方式和存儲格式的選擇直接影響系統的存儲成本、管理費用以及后期的使用[4]，因此應采用合理的壓縮方式和存儲格式，以保證圖像質量和壓縮效率最優化。選擇存儲格式（壓縮格式）時應考慮如下因素：保證圖像質量，滿足后期制作和使用的要求；在保證圖像質量的前提下，盡量提高壓縮效率，從而提高存儲空間，降低傳輸數據的成本；壓縮格式的選擇要保證在與其他格式進行轉換時，圖像質量損失最小；存儲格式應能保持相當長的生命周期。視音頻資料數字化后會產生相當大的數據量，為了減少比特率，同時考慮帶寬和存儲的要求，根據不同的標準和目的，采用不同的壓縮技術。大多數壓縮標準采用混合編碼技術，如JPEG，H.261，MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4和H.264等。

2.1 M-JPEG，DV，MPEG-2和H.264的比較

在同樣的視頻質量下，壓縮算法的輸出碼率直接決定其性能的優劣，即輸出碼率相同的條件下，圖像質量的優劣反映了壓縮算法的性能。在壓縮效率方面，M-JPEG和DV格式均采用幀內編碼[4]，壓縮比低，壓縮效率低；MPEG-2和H.264[6]采用幀內與幀間結合的編碼算法，壓縮比高，壓縮效率高。表2是M-JPEG，DV，MPEG-2和H.264的分析比較。

表2 M-JPEG，DV，MPEG-2和H.264的分析比較

經過分析比較得出，H.264和MPEG-2標準在壓縮性能上優于其他的壓縮標準。雖然M-JPEG和DV壓縮標準在相當長的時間里仍然會被使用，但人們更關注MPEG-2和H.264的發展動態。在節目攝制、編輯階段，無論采用DV還是MPEG，為了保持高的圖像質量，需要很高的碼率；在節目傳輸或者為了存儲傳播階段，用盡可能低的碼率傳輸，并且保證盡可能高的圖像質量，因此應優先選擇H.264，其次是MPEG-2。目前高校正在實施的精品視頻公開課就是采用H.264的編碼格式，高校數字媒體資產在視音頻編碼上應支持MPEG-2和H.264格式。

2.2 MPEG-2標準分析

MPEG-2是一種高質量的視頻壓縮標準，專為數字電視傳輸和分配高質量視音頻應用而制定的。MPEG-2的優勢體現在它的適應性上，能根據不同的需求，通過參數的調節做到碼率可變，另外運動補償可帶來高的壓縮比。在電視節目的制作、播出、存儲、分配、傳輸等環節，MPEG-2數據流是標準視頻數據壓縮編碼格式，具有存儲容量大、畫面質量高的特點，MPEG-2的4∶2∶2格式可達到20∶1的壓縮比，1 Mbit/s的數據率，1 h的電視節目的容量僅有3.6 Gbyte，可得到廣播級的圖像質量。如此高的壓縮比大大降低了存儲所占用的空間。對高校多年積累的模擬視音頻節目采用MPEG-2的格式進行壓縮編碼，可以有效地解決存儲的問題。

2.3 MPEG-4標準分析

MPEG-4是運動圖像專家組發展的廣泛的開放標準，具有相當好的靈活性和擴展性，它采用幀重建技術壓縮和傳輸數據，利用很窄的帶寬，以最少的數據傳輸量獲得最佳的圖像質量。它給畫面主體分配較多的帶寬、很高的信噪比，支持基于視覺內容的交互功能，具有高效編碼、高壓縮率、高效存儲與傳輸的特點，支持各種帶寬應用（5 kbit/s～100 Mbit/s），主要包括靜止圖像壓縮、數字廣播、網絡視音頻廣播等基于內容的存儲和檢索。

2.4 H.264標準分析

H.264是DPCM加變換編碼的混合編碼模式，它的整體性能優于其他的壓縮標準是由于采用了運動預測和運動補償的算法，使用了多參考幀、幀內預測、整數變換和多塊類型等新的壓縮技術，大大提高了壓縮性能，其最大特點就是具有非常高的數據壓縮比率，比如2 h的高清電視節目，在相同的圖像質量下，采用H.264可將節目壓縮到15 Gbyte，采用MPEG-2壓縮編碼格式最小只能壓縮到30 Gbyte。通常H.264的數據壓縮率在MPEG-4的1.5倍以上，是MPEG-2的2倍，而且擁有流暢的高質量圖像，大大提高了用戶下載的速度，降低了數據流量的費用。

通過上面的分析可以得出：不同的業務和應用需求應采用不同視音頻數據存儲格式，H.264較其他壓縮標準整體性能更高，具有很高的數據壓縮比率，編碼效率高，成像效果質量高以及良好的網絡適應能力，適合編碼壓縮、存儲和傳輸，是目前主流的視頻編碼技術。

3 分級存儲策略

高校的數字化媒體資產在實際應用當中是具有生命時期的，在剛產生的一段時期內或某一特定時期，訪問頻率最高，隨著時間的推移和教學內容的更新，低訪問頻率的數據量遠遠超過高訪問頻率的數據量，如果全部采用硬盤設備存儲，不僅成本非常高，而且也不安全，根據數據訪問的頻率、保留時間、容量、性能要求等因素，通過采用分級存儲結構可實現把更多的存儲空間分配給頻繁訪問的數據。

3.1 在線存儲

目前，在媒體資產管理系統中，硬盤陣列是在線存儲的主要設備，與計算機系統連接，保持可隨時訪問的狀態，硬盤具有檢索快捷、讀寫快、大碼率傳輸的特點，但存儲容量大時，成本相對較高。對于訪問頻率高、最近正在使用的視音頻，VOD視頻點播的節目、精品視頻公開課，網絡教學平臺使用的視音頻、專業視音頻資源庫等采用在線存儲。

3.2 離線存儲

離線存儲通常用來存儲不常用的媒體內容或需要永久保存的內容，在高校一般采用傳統的數字磁帶或光盤，然后將磁帶或光盤存放在磁帶庫或光盤庫內，當需要使用離線存儲的數據時，需要將離線的光盤庫連接到在線的計算機系統中，數字磁帶上的數據還需要進行數字化轉換才能連接到計算機系統中，數據使用完后可斷開連接。

3.3 近線存儲

近線存儲主要是指介于在線存儲和離線存儲之間的應用。將那些訪問量不大的數據存儲在性價比高的存儲介質上，存儲介質要求傳輸率高、檢索速度快、存儲容量大，因此在高校以光盤庫作為主要的近線存儲設備，這樣經過壓縮編碼后的數據就很容易連接到在線存儲的計算機系統中，方便訪問。

3.4 混合存儲

在數字媒體資產的存儲應用中，通常不采用單一的存儲結構，而是采用混合存儲的方式，混合存儲提供了最好的性價比。例如近線和離線存儲的光盤庫能非常容易地連接到在線存儲的計算機系統中，數字錄像帶可作為離線編輯使用。分級存儲策略的采用，不僅滿足了應用的需求、降低了總的存儲成本，而且便于管理和保護各種視音頻資料。

4 小結

根據高校數字媒體資產的特點，將硬盤技術和藍光光盤技術結合起來作為高校數字媒體資產的存儲策略。在線存儲介質以硬盤陣列為主，離線存儲介質以藍光光盤庫和數字錄像帶為主，同時藍光光盤也作為近線存儲介質。用于VOD視頻點播的節目以MPEG-2格式為主，網絡教學平臺、網絡課程、專業教學資源庫的視音頻教學資源、素材、精品視頻公開課等以MP4格式為主，用于編輯制作的廣播級高質量素材以MPEG-2或H.264格式存儲，從而滿足高校不同應用需求對數字媒體資產的存儲要求。分級存儲策略降低了存儲系統的成本，有效地管理和保護了各種視音頻資料。

[1]盧官明.數字電視原理[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]孫曉南，余婕.網絡存儲與數據備份[M].北京：清華大學出版社，2010.

[3]沈連豐，李正權.信息理論與編碼基礎[M].北京：中國科技出版傳媒股份有限公司，2010.

[4]宋培義.數字媒體資產管理[M].北京：中國廣播電視出版社，2009.

[5]韓海生，柏原圭，張進京.藍光存儲——信息化的核心技術[J].中國信息界，2010（12）：59-61.

[6]馬時平，何宜寶，許悅雷，等.H.264幀間模式選擇新算法[J].電視技術，2009，33（S2）：60-62.