低成本的視頻存儲系統的設計與實現

吳林軍　胡小強　蘇瑞

摘 要： 微機處理器性能過剩，但在視頻存儲讀取方面，其速度是瓶頸，充分利用選擇現有設備和技術對此進行設計，以現在的微機系統為基礎，并以較低的采購費用達到高速視頻系統存儲系統功能。

關鍵詞： 存儲系統 機械硬盤 RAID0

一、視頻存儲應用現狀

當前，手機、平板、電腦、單反相機等設備飛速的迭代，產品性能提升，讓這些產品應用廣泛，同時，它們擁有拍照和視頻錄制功能，能夠提供高清的視頻拍攝，記錄影像采用的是存儲卡或者其他移動設備。然后通過這些移動介質，轉移存儲到微機硬盤中。

個人或者單位使用的微機仍是大多數消費者存儲拍攝資源的首選，這些機器普遍應用于辦公或者家用，數量大。這些微機在存儲方面有以下特征。

1.以品牌機偏多，處理器等配置為中高端，處理器性能過剩，但沒有特殊的存儲設備裝置。每個都配備一塊轉速為每分鐘7200轉SATA接口機械硬盤，這類硬盤接口速度是其主要瓶頸，隨著使用時間的推移，機械硬盤其性能線性下降。

2.主機接口一般為USB2.0接口，普通桌面臺式機一般前置面板為兩個接口通過跳線從主板接口延長，后置接口有四個接口。同時共享其他設備，占用USB總線的帶寬。目前主流微機的數據接口較低且較少。雖然最新采購的個別機型配備了3.0的接口，但由于沒有相對應的匹配設備，最后實現效果較低的速率。

3.最常用普通外置移動硬盤以500G以下居多，由于每個人采購時間不同存在差異接口為2.0或3.0等。傳輸速度受主機影響比較大，無法發揮其3.0本身的性能。優盤存儲卡等也是以2.0接口為主，接口速度慢，如：一部大20G左右的素材移動復制從微機的時間近20分鐘，這是針對大文件（單個文件大于2G）操作，如果是零星化文件，則速度將更會更慢。

4.分享發布難，資源的分享完全是依靠移動存儲設備轉移，耗費時間、效率低、易傳播和感染計算機病毒，對整體資源造成損壞。如果是異地的分享就只能通過社交軟件相互傳送，則耗網絡帶寬，費時。

5.大量的視頻資源存儲在微機硬盤中，由于各種存儲設備本身的速度限制，在進行后期制作的時候，讀取速度，是其最大尷尬。有條件的工作室會購買一些采集設備從終端設備獲取素材，解決了獲取的問題，但是在視頻制作過程中，仍無法擺脫其大多數微機采用的SATA接口的速度。這個速度普遍小于其公布的6Gbps，因為機械硬盤會導致這個速度降低，大多數在300M/sec。接口理論速度是480Mbps，而實際使用速度遠低于這個速度，只有這個數值的十分之一。

6.管理難，如一部小的DV能夠拍攝藍光高清視頻。拍攝后的照片和視頻存儲在電腦硬盤中，照片和視頻占據了大多存儲空間，面對的難題是無法快速分享視頻并要轉移它給異地朋友的時候，無所適從，面對大量資源素材，消費者進行查找等管理操作時，大量的視頻資源，無法快速定位，資源的管理和分享是一個需要解決的難題。

簡單高性能的大容量存儲系統是當前微機存儲的迫切需求。

二、存儲系統設計實施措施

為了達到更好的使用效果，購買新設備一直是電子行業的常規選擇，動輒三到五萬的設備甚至更高價的存儲設備，讓一般的教學與科研單位無法承受。目前應用于視頻存儲系統的存儲設備有NAS設備和SAN還有企業應用級的磁盤陣列。

NAS以巴法絡TS5400R1604為代表的設備能提供USB3.0，RAID的支持，其當前報價為5.8萬元。更高的SAN同樣的功能，只是多提供了光端接口的支持，價格達十萬左右。性能更強勁的磁盤陣列根本就沒有針對個人的產品，所有產品均面向大型企業用戶，其產品高達百萬。

一般的辦公用戶對于存儲系統的需求，這些產品不太適合。當USB3.0的普及，到新的硬盤記錄模式，再到主流芯片對RAID模式的支持，SSD的降價，網盤的功能豐富，技術的發展。讓一般消費者需求得以滿足，經過實踐以極低成本就能實現上述產品的大多數特性。

具體方案如下：

1.增加USB3.0接口卡，市場采購價一百元左右。

2.增加固態硬盤120G容量，用來安裝操作系統和應用軟件，市場采購價格四百元左右元。

3.增加兩塊同容量的同型號的2T硬盤，組成RAID0結構，市場單價五百元左右，合計一千余元左右。

4.申請網盤，容量2T，同步備份資源，發布和分享視頻，免費。

整個系統實現是基于原有的硬件設備上，USB的接口速度是第一個要解決的問題，目前微機上的USB總線速度是共享的，我們使用的鼠標鍵盤、打印機等占用傳輸資源，減少使用設備才能降低使用比，但是應用在微機主板PCI擴展槽進行端口的升級。兼容機或者是品牌機（大型IT企業推出的機型，如聯想，戴爾等）采購時間不同，USB3.0接口不是原廠標配，如果是近期購買的機型，原廠主板集成3.0接口，就可以直接省略此步驟。

解決了端口問題，就是硬盤傳輸速度的問題，目前機械硬盤速度短時間基本固定沒有提高的可能性，所以現在為追求性能與速度，SSD大行其道。固態盤單價降下來了，但是容量還是偏小，無法滿足視頻素材等的需要。我們只有選擇固態盤作為系統盤和軟件安裝盤使用，充分發揮其讀取速度和穩定性的特點，提高操作系統啟動速度、軟件運行速度。

方案中選擇傳統的機械硬盤用作視頻素材庫，它的容量和價格非常有優勢。RAID0的實現采用2個以上的硬盤，一般為2個相同參數大小相同的兩個硬盤，在進行數據操作的時候數據被交替寫到磁盤中。每個硬盤都可以同時寫或讀，所以我們能最大限度地提升硬盤的性能，而且不會造成硬盤容量的損失。

網盤免費就可以獲得較大的容量，是系統選擇的重點，能夠滿足在整個過程中視頻素材的安全完整性和冗災備份需求。能提供網盤的公司有很多，功能大同小異?，F在提供有桌面端和移動端，并支持設備直接通過網絡上傳。上傳的資源能按照音樂、圖片、視頻、文檔、應用分類，以便于輕松查找。網盤可以支持后臺自動同步，但是由于原始素材過大，上傳的網速過慢的情況，建議上傳制作后的作品用作備份。上傳后的作品可以在移動端或WEB端進行分享，無需下載，就可以在線觀看。文檔可以在線查看。遇到遠距離的朋友可以免費通過郵箱或短信私密分享給好友，同時可以將文件公開給其他用戶使用。

其各個產品性能價格對比如表1所示。

本系統設計具有以下優點：

1.采用的架構普遍，性能提高顯著。

系統采用普通的X86架構，與普通辦公電腦沒有多大區別，整個流程效率提高很多，素材轉移傳輸速度快，硬盤容量擴大，大大提高了工作效率。本系統對主機要求不高，投入費用不多，較好的傳輸質量，同時資源的共享與發布方便。整體速度有三倍到四倍的性能提升，達到數萬元專業存儲設備的性能。

2.投入費用非常低，經濟性好。

只是在原來的基礎上增加了幾個硬件設備，硬盤等設備市場的性價比較高。整個下來千余元就可以實現。費用只是采購NAS設備價格的二十分之一。

3.系統安全、可靠。

組建RAID0磁盤陣列不但能滿足大家在容量上的需求，而且能有效提升硬盤的性能，使整個系統的性能再次上升一個臺階。而且資源素材全部網絡備份，由知名大企業提供網盤專業存儲服務托管，不用擔心文件安全，這些服務免費提供。

三、結語

由于本系統采用微機做存儲服務器，它的購買成本低、維護費用低、配置方便靈活，適用于視頻制作和愛好者使用，實踐證明該系統使用高效、方便、安全、穩定、可靠。

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