節目制作存儲網絡的構建

郝文杰，唐嘉坤

（《人民鐵道》報業有限公司，北京 100038）

0 引 言

近年來，隨著高清、超高清節目的普及，早期建設的后期制作系統在存儲容量、訪問速度及系統架構等方面已經不能滿足高質量節目制作的需求。廣電行業節目制作機構需要不斷優化后期制作存儲網絡，以滿足專題節目、廣告以及片頭片花包裝等節目的生產[1]。為此，本文通過分析后期制作存儲網絡的構建過程，探索搭建高效存儲系統的方法和途徑。

1 存儲相關技術

目前，廣電行業常用的高性能共享存儲技術包括StorNext 和Xsan 等。它們有效解決了不同操作系統訪問同一存儲資源的問題，提高了訪問速度，同時兼容原有系統[2]。

1.1 StorNext

StorNext 技術是由Quantum 公司開發的一種高性能、高可靠性存儲和數據管理解決方案，用于處理大規模數據的存儲、共享和訪問。

StorNext 技術采用了分層存儲架構，可以將數據存儲在多個層級中，包括高速磁盤陣列、磁帶庫及云存儲等。這種架構可以根據數據的訪問頻率和重要性，自動將數據遷移到合適的存儲介質上，從而實現對數據的高效管理和利用[3]。它還提供了高速的數據傳輸和共享功能，支持多個工作站同時訪問存儲系統，可以實現多個用戶之間的協作和數據共享。StorNext 提供了高速的數據傳輸速度，可以滿足大規模數據處理和傳輸的需求。

此外，StorNext 技術還具有高可靠性和容錯性。這主要得益于它采用的數據冗余和錯誤檢測與糾正技術，可以保護數據免受硬件故障和數據損壞的影響。StorNext 還提供了數據備份和恢復功能，可以幫助用戶保護數據的安全性和完整性。

1.2 Xsan

Xsan 是蘋果公司開發的一種存儲區域網絡（Storage Area Network，SAN）技術，允許多臺計算機通過高速網絡連接共享存儲設備，提供高性能和可靠的存儲解決方案。它基于標準的光纖通道（Fibre Channel，FC）網絡，可以擴展到數百個計算機節點和數百太字節的存儲容量，支持多種操作系統，包括蘋果公司的MacOS 和微軟公司的Windows操作系統[4]。

Xsan 提供了高效的文件共享和數據傳輸功能，可以支持多個應用程序同時訪問共享存儲，還提供了高級的數據保護和容錯機制，包括磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）和快照功能，以確保數據的安全性和可用性。

Xsan 還具有靈活的管理和監控功能。管理員可以通過圖形界面或命令行工具對存儲系統進行配置和管理，還支持遠程管理和監控，可以方便地進行遠程維護和故障排除。

1.3 StorNext 與Xsan 的兼容

StorNext 和Xsan 都是用于高性能共享存儲的技術，它們之間有一些區別[5]。比如，StorNext 可以在不同操作系統之間共享存儲資源，包括Windows、Linux 和MacOS 等，而Xsan 主要在蘋果公司的操作系統上運行，對于其他操作系統的支持相對有限；StorNext 的配置和管理相對復雜，需要專業技術人員進行操作，而Xsan 的配置則相對簡單，用戶可以快速上手并進行操作。

StorNext 與Xsan 也是可以兼容的。StorNext 可以通過安裝軟件授權到服務器中的方式，在Xsan方案中進行應用。一些大型系統集中了MacOS 終端的Xsan，也可以無縫鏈接到StorNext 方案。

2 共享存儲網絡的構建

鑒于現有的存儲技術，結合《人民鐵道》報業有限公司工作站以MacOS 操作系統為主，且后續可能引入Windows 系統的特點，本文在構建共享存儲網絡時選擇了蘋果Xsan 存儲解決方案，并使用了帶有StorNext 技術的存儲服務器。本文設計的存儲網絡拓撲如圖1 所示。

圖1 存儲網絡拓撲圖

2.1 系統架構

系統設計采用FC 和以太網相結合的雙重網絡結構，配置獨立的存儲，所有設備都可以通過光纖訪問存儲設備，管理信息則是通過以太網傳輸[6]。現接入網絡的設備有高清工作站6 臺，4K 工作站2 臺，均為蘋果MacOS 系統。

系統配置了安裝有StorNext 服務的元數據控制器（Meta Data Controller，MDC）服務器和輕型目錄訪問協議（Lightweight Directory Access Protocol，LDAP）服務器。其中，MDC 服務器負責管理工作站對網絡存儲的訪問。網內的Mac 設備通過MDC控制器協調各個終端對存儲的訪問，與訪問本地高速存儲一樣便利穩定，實現了高碼流實時讀/寫各類素材。MDC 服務器的配置如圖2 所示。

圖2 MDC 配置截圖

LDAP 服務器將開放目錄、當前目錄和LDAP整合，使用Open Directory 目錄管理系統對用戶和數據文件進行管理，通過對用戶的空間配額、操作權限、共享資源進行配置，靈活處理用戶的訪問權限，滿足不同用戶對文件安全使用的要求，同時可以直接對群組進行訪問策略設置，減少系統維護開銷。它的主要特點是具有靈活的文件訪問權限（訪問控制列表）及兼容各類資源管理工具的功能。Open Directory 系統配置如圖3 所示。

圖3 Open Directory 配置截圖

系統中的存儲陣列支持在線RAID 動態擴展和在線RAIDLevel 遷移，不會影響原始磁盤陣列數據。每個磁盤陣列系統提供400 MB·s-1的帶寬，使用RAID5 連接確保數據安全，提供高達270 TB 的存儲空間。

2.2 系統存儲服務器的配置

存儲服務器是整個網絡的核心，正確的配置較為重要。本文主要以Linux From Scratch-6.2 手冊和Beyond Linux From Scratch-6.1 為指引，制定基礎平臺上所要配置的軟件包，再按照手冊的配置方式，按程序逐個配置。由于系統不支持rpm 或apt等程序包管理方法，使得已安裝的程序包并不便于卸載。為處理該問題，在操作系統中設置了uninst 軟件包，使操作系統能夠在裝載軟件包后自行產生卸載腳本，從而便于日后軟件包的卸載和升級更新。

在內核方面，系統增加了iptables 所需的防火墻功能，選擇了Cramfs 文件系統對壓縮文件操作系統的支持，為文件操作系統的壓縮工作做好準備。

2.3 系統使用的剪輯軟件

剪輯工作站使用Final Cut Pro 軟件。這是一款專業的4K 視頻剪輯軟件，適合從愛好者到好萊塢制片大師的任何人。Final Cut Pro 軟件最新版本引入了對象跟蹤器功能，可匹配面部和對象的移動。對于在iPhone13 等機型上使用電影效果模式拍攝的片段，該軟件最新版本還增加了調整這些片段的功能。利用Motion 功能，可以生成精彩的字幕和特效，并在Final Cut Pro 軟件中進行訪問。除了支持對象跟蹤器以及在iPhone13 等機型上使用電影效果模式拍攝的視頻以外，Final Cut Pro 最新版本還新增了一個霓虹濾鏡，可向文本、形狀、視頻和靜止圖像等對象應用霓虹光暈效果。

Final Cut Pro 軟件中的Compressor 功能提供了強大的編碼工具，能夠創建定制輸出設置，并充分利用多臺Mac 計算機的強大處理能力。Final Cut Pro 軟件最新版本支持監視文件夾功能，可對添加到文件系統中選定文件夾的視頻進行編碼。

另外，Final Cut Pro 軟件還可以在搭載M1 Pro和M1 Max 芯片的MacBook Pro 上，實時播放最多7條8K ProRes 的視頻流，以最快達5 倍的速度分析對象跟蹤的動態。

Final Cut Pro 軟件可將視頻自動修剪成正方形、豎屏或任何自定義尺寸和形狀，極好地適應不同社交媒體的需要。

2.4 系統解決的問題

存儲系統的成功搭建，解決了訪問速度瓶頸的問題，解決了不同系統的兼容問題，包括操作系統的相互兼容（Windows 系統與Mac 系統），以及不同文件系統的相互兼容。

X86 和ARM 是蘋果公司在不同時期產品的體系結構。由于使用的文件系統不同，導致它們難以共享存儲資源。X86 體系結構采用的是復雜指令集（Complex Instruction Set Computing，CISC），而ARM體系結構采用的是精簡指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）。在指令集方面的差異，使得兩種體系結構的設計有著很大的不同，無法在硬件層面直接互通。此外，X86 和ARM 的寄存器和內存布局差異也是兩者難以共享存儲資源的因素之一。

新建的網絡存儲很好地解決了這一問題，將X86和ARM 架構的工作站作為節點加入系統中，通過資源管理和調度機制，實現資源的共享和協作。

除了解決蘋果公司不同時期產品的共享問題，新建的系統還具有拓展功能，能夠為以后Windows操作系統的終端接入提供必要的條件。

2.5 系統測試

為了檢驗該后期制作存儲系統的性能，技術人員對系統開展了滿負荷運轉測試，讓系統中的所有工作站同時工作，訪問存儲中的素材，測試系統的平滑程度，檢測系統和網絡狀態等。經驗證，構建的系統能夠在實現儲存、剪輯等功能的同時實現資源共享，較大地提升了節目制作的效率，達到了設計目標。

3 結 語

后期制作存儲系統實現了資源的共享，同時支持部署Mac 與Windows 等操作系統的工作站，提高了超清和超高清節目的后期制作效率，滿足了當下廣電行業的需求。在這一平臺上，如果加入人工智能（Artificial Intelligence，AI）處理引擎，將可以實現人工智能審片、字幕校準等功能，更好地服務于節目制作。