視頻網絡系統的設計與應用

電視傳媒只有通過徹底數字化和網絡化才能融合在以互聯網和移動通信為代表的第三媒體內（紙介＝第一媒體，廣播電視＝第二媒體），獲得生存空間。

　　一、電視臺網絡化的目標和系統結構

　　電視臺網絡化的目標首先是要在媒體資源管理系統下實現網絡素材充分共享，使得每一個有價值的素材都可以方便地檢索和復用。節目制作流程具有更清晰的結構，并且可以在共享制作資源和操作下并行工作。節目在數字框架下將實現無帶播出，支持VOD（用戶點播節目服務）；并能夠在外網上以各種方式發布和交流。
　　電視臺視頻網（圖1）是包含節目采集系統、節目編輯系統、媒體資產及系統管理、****播出系統、網絡電視播出系統的綜合網絡系統。它以網絡為紐帶，形成管理、生產、播出一體化。網絡化極大地提高了節目生產效率、降低生產成本，對電視臺的整個生產及運作流程產生深遠的影響。

　　二、非線性節目制作網

　　非線性節目制作網是視頻網的主要工作環節。各類素材在這里經過采集或網絡傳輸，進入在線存儲設備，再經過各個編輯過程成為成片或篩選加工過的素材和元數據，通過遷移服務器進入近線存儲設備或送播。作為視頻網的網絡中樞，制作網的網絡結構和數據流的存儲方式選擇，關系到整個視頻網的建設。

　　1、非線性節目制作網的關鍵技術
　　非線性節目制作網的關鍵技術主要有：以MPEG-2為主流的壓縮技術、以太網和 FC－SAN結合的雙網結構、以虛擬網絡存儲技術為代表的存儲技術和以媒體資產管理為核心的網絡管理軟件系統。
　　（1）數據壓縮
　　電視視頻網選擇數據壓縮格式主要遵循以下幾個原則：信號質量必須能滿足編輯和再利用的要求；在保證信號質量前提下，盡量提高壓縮效率，降低存儲和傳輸成本；壓縮格式具有良好的兼容性和開放性；存儲格式具有較長的生命周期。目前適宜的標準有MJPEG、DV和MPEG2三類標準。由于MJPEG和DV都是采用幀內壓縮方式，壓縮效率比MPEG2低。在低碼率時，MPEG2可以比MJPEG的壓縮比高很多而保持較好的圖像質量。MPEG2的碼率是可以選擇的，便于廣泛應用于電視廣播的各個方面和環節，是****和高清電視的廣播標準，因此，說現在的****領域是MPEG2的天下，一點也不為過。
　　MPEG2標準中應用最廣、最有發展前景的是長GOP（長圖像組）編碼方式，它是有L個幀組成，首幀為幀內壓縮的I幀；每間隔M個由前后幀（I或P）矢量變換而來的B幀后，插入一個由前面的幀（I或P）矢量變換成的P幀組成的序列。正是因為這種結構，對于MPEG2 IBP壓縮的視頻數據進行非線性編輯時，需要兩個解碼器才能完成一次剪接。下面是一個L＝4的MPEG2 IBP素材編輯的例子，通過圖2的例子我們看到如果選擇P或B幀作為編輯點,就必須保留相關的I幀或P幀。要重放經過剪輯后的節目，要有兩個MPEG2解碼器，還要保留素材1的P6和素材2的I0，盡管它們在節目中不會顯示出來。
　　在實際應用中，常用的解碼芯片（如C-Cube）都能同時解碼兩路信號，因此兩個解碼芯片就可以實現A/B卷的編輯，Matrox公司的DigiSuite DTV+MAX和Pinnacle的Targa3000等板卡都可以實現。
　　由于IBP各幀解碼過程的不同，帶來的另一個問題是素材搜索的抖動性。當在時間線上快速拖動搜索指針時，即便有解碼器也不能實時回放，這種延時會隨著GOP的長度增加而增加。甚至在用板卡支持的其他壓縮格式（如MPEG2 I）時，都會產生延時和聲畫錯位（非編板卡總是犧牲聲音來運算畫面，MJPEG也不例外）。這就要求編輯人員必須控制搜索速度，才能找到需要的素材位置。最明顯的問題是，在正常回放時按停止鍵，要延時1秒鐘以上才可以停止。索貝公司在處理它時，采用搜索指針回到按停止鍵時素材的時碼位置的方法，確實很實用。
　　MPEG2雖然是業界的標準,但它只規定了解碼的通用性。在無法增加參數的情況下，從長GOP到短GOP（全I或短IBP）時，畫面損失很大，7版后就很明顯了，顯然這對電視節目的數字化網絡化制播是很不利的。但隨著技術的發展，MPEG2編解碼必將完全統一在一個標準下。以SONY的MXF（媒體交換文件格式）為例，短GOP到長GOP時可以加入原素材的歷史數據，長GOP到短GOP時可以加入原素材的編碼參數。這樣處理后，轉換的損失可以降低到最小，這是傳統的MJPEG所不能實現的。
　　（2）網絡結構和數據存儲
　　對制作網而言，由以太網和FC網構成的雙網結構、雙碼率對應、精編/粗編工作站混合組網的概念，已經成為目前技術條件下組建大、中規模網絡系統的最佳選擇。
　　它通過SAN（存儲區域網絡）將網絡控制管理與存儲分隔開來。有效地緩解了系統帶寬與系統規模之間的矛盾，從而使視音頻素材及相關數據在網絡上實現資源共享成為現實。它融合了FC網和以太網的技術優勢。以太網支持高壓縮比的視音頻數據流的傳輸，它可勝任視頻素材的瀏覽和粗編；而FC網可滿足低壓縮比高品質畫面和聲音所要傳輸的大數據量的高速同步傳輸要求，完成精編、特技制作和合成。編輯時，電視素材以高、低二種壓縮碼率以同步的方式分別上載到以太網的服務器和FC網的存儲設備上。在以太網的無卡工作站上進行粗編，其節目編輯表（EDL）記錄在以太網的服務器上。EDL里的素材指針同時映射著FC上存儲的高質量素材。有卡工作站同時連接在兩個子網上，它可以利用以太網服務器上存儲的EDL對FC上存儲的素材進行精編、合成。這樣大大地提高了電視制作效率，降低了成本。
　　雙網結構的主要好處在于，由于FC既支持面向網絡的協議（如TCP/IP）又支持面向通道的協議（如SCSI），它的有效傳輸速率至少為100MB／S，通過適當地連接存儲設備，分配存儲資源，可以連接多臺處理低壓縮素材的有卡站點，從而擴大網絡規模。FC同時減輕了以太網服務器處理的素材數據量，便于利用以太網服務器的資源，增強網絡的功能和與外網的互連。
　　①基于存儲區域網絡（SAN）的存儲虛擬化
　　雙網結構的FC就是利用FC（光纖通道互聯系統）構成的SAN。所謂虛擬存儲就是把物理存儲設備變成完全不同的邏輯鏡像呈現給用戶，從而打破物理設備本身的局限性，提高了性能和可用性。SAN上的硬盤存儲體必然是虛擬的。
　　非編網早期的虛擬存儲設備就是一塊塊盤陣，每個盤陣分別RAID，依靠服務器端的虛擬級連在一起提供素材的共享，由于其并發讀寫效率低，需要占用多個交換機端口才能達到帶寬要求。每個級連點、盤陣控制器的損壞，都會導致虛擬的LUN的離線，引起SAN的崩潰。因此級連產生的容量越大，系統的安全性就越低，從而影響了網絡的規模。
　　新的存儲設備虛擬的地方在存儲設備本身，其核心是邏輯劃分、管理等智能化功能由存儲設備內嵌軟件來實現。其主要特點是通過軟件可以對存儲系統進行在線擴容，完全不需要宕機時間；不同型號、不同容量的硬盤可以在一套系統中混用；邏輯磁盤的創建、常規的LUN對Server的Zoning功能、LUN Mapping、LUN Masking操作，甚至改變某一LUN的RAID級別，均可通過純軟件在設備上完成，從而高度有效地使用磁盤容量。這種存儲子系統端的虛擬設備主要通過大規模的RAID子系統和多個I/O通道連接到服務器上。這種方式的優點在于通過與服務器系統分開，可以將存儲的管理與多種服務器操作系統隔離，存儲設備管理員對設備有完全的控制權，并且可以很容易地調整硬件參數，因此系統的維護和擴充非常方便。另一方面，由于每個I/O通道都可以被指定訪問整個設備（或級連后的設備系統）上的所有存儲資源，而且通過內部集成的緩存提供很高的訪問效率，因此增加I/O通道可以擴大SAN的規模、提高系統可靠性。
　　②網絡傳輸媒介和網絡管理軟件
　　在視頻網絡中，通常使用的是雙絞線和光纜，雙絞線用于10/100Mbps以太網的連接，光纜用于1000Mbps以太網和FC網絡中站點與系統的連接
　　Fiber Channe管理軟件的主要功能是保證共享硬盤陣列的文件和目錄信息對網絡中所有工作站保持一致，即某個工作站對共享硬盤陣列的文字寫入和刪除，必須在其他工作站得到及時反映，否則，便失去共享的意義。另外，管理軟件也被用來管理共享信息的讀寫權限控制和支持多種操作系統平臺。在雙網結構中，目前常用的SANergy軟件是一種基于共享硬盤中文件一級權限控制的管理軟件，即在同一時刻多個工作站可以向同一個邏輯卷中進行寫操作，但同一個文件在同一時刻只能被一個工作站修改，其他工作站對該文件只讀。當一個工作站向某個卷中寫入或刪除文件時，其他工作站會自動同步整個卷的文件和目錄信息。使用SANergy的優點是，工作站不用切換卷的寫權限，不用進行刷新操作便可同步所有共享硬盤的文件和目錄信息。
　　（3） 網絡應用軟件系統與媒體資產管理
　　非線性制作網最主要的優勢就是素材的共享，因此網絡應用軟件也是圍繞著用戶層的素材組織形式和用戶共享素材授權方式的。
　　傳統方式是把欄目內的素材放在公共素材庫里進行共享；跨欄目的素材需要經過授權的用戶（比如部門領導）調用和復制后，才能使用，共享程度很低。標題式素材管理模式以節目為中心。標題確定后，隨后上載的素材、標明素材特征的元數據、文稿、配音等信息就全部由網絡系統的應用軟件自動歸入所建的標題下并分類。記者和編輯們只需關心自己所制作節目或需要查詢素材所在節目的標題。對標題的讀寫權限一經確定，一切與之相關聯的網絡素材資源信息都將自動獲得，記者和編輯們可以通過簡單直觀的操作界面就可以完成實際的應用。
　　傳統的電視臺以“頻道管理”作為工作進程管理模式。它是從前期制作任務分配開始，一直貫穿至傳送、歸檔的整個過程。每個子過程都是在相對封閉的工作組內完成的。在這種流程的最后，那些被認為值得保存的資料，比如素材帶、半成品帶，通常沒有經過完善的分類和編目就被送到總編庫里保存。它們中的一些將永不再見天日。將來要尋找任何有用的素材，除了一些基本的文字性的記錄外，幾乎都依賴總編室管理員或那些利用這些素材制作過節目的編輯人員的個人經驗。
　　近年來，隨著節目制作系統的網絡化，共享的硬盤塔和文件目錄已經使工作流程中的豐富信息資源可供工作組內的人員經過授權來使用。但“信息孤島”現象依然存在。作為一種面向“內容管理”的媒體資源管理系統就是把這些孤立的，不同功能的應用系統整合在一起，形成新的電視節目制播體系。
　　在媒資系統內，素材于流程的初始階段就被置于可用的中心位置，并為多并發用戶使用。關于素材的信息在最初階段即被采集并且輸入到整個工作系統中。歸檔工作不再是流程末端的一個環節，注釋、附錄、評價可以在工作的過程中添加，借以豐富元數據。內容（素材和它相關的元數據）是存儲的中心，在需要應用時，無論有多陳舊，內容都處于可用的狀態。
　　隨著在線和近線存儲設備的提高，數據管理軟件的成熟完善，媒體資產管理系統將為各種網絡應用提供強大的后備資源支持，可極大地滿足編輯人員對素材的需求。同時，它也將是網絡電視臺信息系統的中樞，起到信息交換和存儲中心的作用，其規模越大，資源越多，所能發揮的作用也就越大。

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