HDTV制作中廣泛應用的數字媒體領域存儲技術

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　　隨著數字媒體技術的發(fā)展，存儲技術在數字媒體領域也得到了廣泛應用。特別是數字技術的迅猛變革，使存儲數字媒體的技術手段也發(fā)生很大變化。在媒體爆炸性增長的同時，廣電界十分關心數字技術的未來發(fā)展，同時也更加關心數字媒體資產的管理、使用和存儲。本文圍繞6種常用數字存儲技術及在數字視頻中的應用進行淺析，供同仁參考。

　　SCSI技術

　　SCSI的發(fā)展經過三個階段。SCSI協議的第一版本僅規(guī)定了5MB/s的傳輸速度的總線類型，接口定義、電纜規(guī)格等標準。第二版本作了較大修改。SCSI-2協議規(guī)定了16位數據帶寬。高速的SCSI存儲技術陸續(xù)成為市場的主流，也使SCSI技術牢牢地占據了隨機存儲市場。SCSI-3協議增加了能滿足特殊設備協議所需要的命令集，使得它既能適應傳統(tǒng)的并行傳輸設備，又能適應最新出現的一些串行設備的通信需要，如光纖通道協議(FCP)、串行存儲協議(SSP)、串行總線協議等。

　　由于SCSI技術兼容性好，市場需求大，其技術不斷翻新�，F在已從5MB/s傳輸速度的SCSI-1發(fā)展到LVD的160MB/s，近期320 MB/s的SCSI也已投入使用。

　　SCSI技術廣泛應用于非線性編輯、字幕機等制作設備。早期的硬盤播出設備采用該技術構建視音頻服務器，但因其可靠性等原因而被新技術取代。高可靠性的大型存儲系統(tǒng)，通常把SCSI技術與其它技術結合來實現故障自恢復，提高安全性，達到系統(tǒng)不間斷工作的目的。

　　存儲網絡技術

　　它是近年高速發(fā)展的技術，具有安全性高、動態(tài)擴展性強的特點。許多基于工業(yè)標準的網絡存儲方案已經得到廣泛應用。目前在數字媒體領域應用最多的是局域網存儲，理論上帶寬可達1Gb/s，實測帶寬可在700Mb/s左右；其次是光纖通道技術，理論上在全雙工的情況下，帶寬可達2Gb/s，單通道達1Gb/s，實測帶寬可在720 Mb/s左右。前者是基于低價位的分布式網絡存儲方案，后者主要架構采用專用存儲，并逐漸向中低市場發(fā)展。

　　Intel公司推動的Infiniband是基于IA-64架構的核心存儲技術，第一階段是取代PC,帶寬目標是2.5Gb/s;第二階段達到Cluster應用，帶寬目標是30Gb/s。其目標宏偉，是否可被市場接受，技術瓶頸能否突破，人們將拭目以待。

　　存儲網絡技術近年在視頻領域發(fā)展迅猛。無論是從管理、制作還是播出都得到廣泛應用。但是在目前的技術條件下，形成大型電視臺的制播一體網，全臺媒體資產的中心存儲和統(tǒng)一管理，還有不少的技術難點需要克服。特別是存儲網絡技術的帶寬問題是面臨的最大障礙。

　　RAID技術

　　RAID是一種由多塊廉價磁盤構成的冗余陣列。雖然RAID包含多塊磁盤，但是在操作系統(tǒng)下是作為一個獨立的大型存儲設備出現。RAID技術分為幾種不同的等級，可以分別提供不同的速度、安全性和性價比。

　　RAID0是最簡單的一種形式。RAID0可以把多塊硬盤連接在一起形成一個容量更大的存儲設備。但由于RAID0沒有冗余或錯誤修復能力，其安全性大大降低。因此，在RAID0中配置4塊以上的硬盤，對一般應用是不明智的。如果其中的任何一塊磁盤出現故障，整個系統(tǒng)將會受到破壞，無法繼續(xù)使用。國內早期，某些視音頻服務器采用RAID0技術，幾乎沒有幾臺能夠長期、安全使用。

　　RAID1和RAID0截然不同，其技術重點全部放在如何能夠在不影響性能的情況下最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性和數據可修復性上。RAID1又被稱為磁盤鏡像，每一個磁盤都具有一個對應的鏡像盤。RAID1是所有RAID等級中實現成本最高的一種，盡管如此，人們還是選擇RAID1來保存那些關鍵性的重要數據。

　　RAID3是利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(chuàng)建帶區(qū)集分散數據的讀寫操作。RAID3不僅可以像RAID1那樣提供容錯功能，而且整體開銷從RAID1的50%下降為25%(RAID3+1)。隨著所使用磁盤數量的增多，額外成本開銷會越來越小。在不同情況下，RAID3讀寫操作的復雜程度也不相同。最簡單的情況就是從一個完好的RAID3系統(tǒng)中讀取數據。這時，只需要在數據存儲盤中找到相應的數據塊進行讀取操作即可，不會增加額外的系統(tǒng)開銷。當向RAID3寫入數據時，情況會變得復雜一些。即使我們只是向一個磁盤寫入一個數據塊，必須計算與該數據塊同處一個帶區(qū)的所有數據塊的校驗值，并將新值重新寫入到校驗塊中。由此我們可以看出，一個寫入操作事實上包含了數據讀取(讀取帶區(qū)中的關聯數據塊)，校驗值計算，數據塊寫入和校驗塊寫入4個過程。系統(tǒng)開銷大大增加。我們可以通過適當設置帶區(qū)的大小使RAID系統(tǒng)得到簡化。如果某個寫入操作的長度恰好等于一個完整帶區(qū)的大小(全帶區(qū)寫入)，那么我們就不必再讀取帶區(qū)中的關聯數據塊計算校驗值。我們只需要計算整個帶區(qū)的校驗值，然后直接把數據和校驗信息寫入數據盤和校驗盤即可。到目前為止，我們所探討的都是正常運行狀況的下的數據讀寫。下面，我們再來看一下當硬盤出現故障時，RAID系統(tǒng)在降級模式下的運行情況。

　　RAID3雖然具有容錯能力，但是系統(tǒng)性能會受到影響。當一塊磁盤失效時，該磁盤上的所有數據必須使用校驗信息重新建立。如果我們是從好盤中讀取數據塊，不會有任何變化。但是如果我們所要讀取的數據塊正好位于已經損壞的磁盤，則必須同時讀取同一帶區(qū)中的所有其它數據塊，并根據校驗值重新建丟失的數據。當我們更換了損壞的磁盤之后，系統(tǒng)必須一個數據塊一個數據塊的重建壞盤中的數據。整個過程包括讀取帶區(qū)、計算丟失的數據塊和向新盤寫入新的數據塊，都是在后臺自動進行。重建活動最好是在RAID系統(tǒng)空閑的時候進行，否則整個系統(tǒng)的性能會受到嚴重的影響。

　　與RAID3不同，RAID5是將校驗數據平均分配到每一個磁盤上，各塊硬盤分別獨立進行條帶化分割，相同的條帶區(qū)進行奇偶校驗(異或運算)，這樣就可以確保任何對校驗塊進行的讀寫操作都會在所有的RAID磁盤中進行均衡。因此，RAID5具有良好的隨機讀性能，因為在規(guī)定的傳輸塊大小范圍內的數據只需訪問單個數據驅動器，也克服了RAID3單個冗余盤的局限性。

　　RAID5的主要缺點是降低寫功能，因為它是一位或一個字節(jié)地寫在磁盤上，經過處理后，使數據塊1的位或字節(jié)寫在數據塊1上，數據塊2的位或字節(jié)寫在數據塊2上，……因此，在寫數據時處理的環(huán)節(jié)比較多，降低了隨機寫功能。

　　采用IDE硬盤構建RAID的技術是新出現的一個技術方向。由于IDE設備擴展性和IDE設備支持熱插拔的技術限制，IDE設備的RAID應用尚不夠廣泛。

　　在廣電業(yè)，使用RAID技術最多的是視音頻服務器和非線性編輯硬盤塔。其它存儲設備也廣泛應用，但不如上述設備更加引人注目。

　　SAN技術

　

　SAN是存儲技術進入網絡時代的的產物。它一方面能為網絡應用系統(tǒng)提供豐富、快速和簡便的存儲資源；另一方面又能對網上的存儲資源進行集中統(tǒng)一的管理，成為當今理想的存儲管理和應用模式。它即可以作為電視臺業(yè)務管理的結構，也可以作為視音頻播出服務器的網絡化構架。

　　NAS技術

　　NAS是目前發(fā)展速度最快的數據存儲設備之一。在典型的網絡架構中，數據成為了網絡的中心，NAS設備是直接連接在網絡上的。它具有如下的特點：(1)NAS設備是作為單獨的文件服務器存在的。網絡中所有設備的大多數據均存儲在NAS設備上。(2)將NAS設備連接到網絡中非常方便。如通過設置簡單的IP地址等，就可以即插即用地使用NAS設備。(3)NAS設備使用的方便性，可大大降低設備的管理和維護費用。(4)NAS設備可以支持不同的操作系統(tǒng)平臺。同時提供了RAID硬盤、冗余電源和風扇、冗余控制器，可保證7×24小時工作。

　　該技術在數字視頻領域用于中心在線存儲、網絡硬盤服務器和網絡非線性編輯等。

　　數據流磁帶技術

　　數據流磁帶技術是一門古老的技術。伴隨著技術的不斷發(fā)展和更新，其容量、讀寫速度、可靠性的迅速提高，它在廣電領域的應用也引起重視。常用的磁帶存儲技術有三類：

　　1.LTO技術

　　LTO即線性磁帶開放協議，是由HP、IBM和Seagate三家廠商于1997年底聯合制定的。它是開放式的技術，三家廠商將生產許可證開放給存儲介質和磁帶機廠商，使不同廠家的產品兼容。開放性帶來更多的創(chuàng)新，兼容已有設備，降低成本和價格，使用戶受益。LTO結合了線性多通道、雙向磁帶格式、硬件數據壓縮、優(yōu)化的磁道存儲和高效糾錯技術，大大提高磁帶的性能。目前LTO支持Ultrium(高速開放磁帶格式)和Accelis(快速訪問開放磁帶格式)。Ultrium格式具有高可靠性、大容量的特點。特別是能單獨操作，也可以在自動環(huán)境中使用。Accelis則側重于快速數據存儲。它在磁帶盒中裝有雙軌磁帶存儲器用于加快讀寫速度。兩種格式使用同樣的磁頭、介質磁道面、通道和服務技術，并共享許多代碼。兩種格式相較而言，大部分用戶更強調存儲容量，因而Ultrium技術更引人注目。國內廣電業(yè)于2002年開始引用該技術作媒體資產存儲，這是一個值得重視的技術走向。

　　2.DAT技術

　　DAT(數字音頻磁帶技術)最早由HP和Sony開發(fā)。它采用螺旋掃描技術，早期主要用于數字音頻存儲，后來經過改進，用于信息存儲領域，而且種種跡象表明，DAT的優(yōu)勢還將繼續(xù)保持。DAT技術之所以大受歡迎，很重要的原因是其很高的性價比、高可靠性。另外該技術全世界都采用，因此世界范圍都可得到該產品的持續(xù)供貨和良好的售后服務。

　　3.DLT(數字線性磁帶)技術

　　該技術最早于1985年由DEC公司開發(fā)，它主要應用于VAX機。當時是高性能、高價格，僅應用于很少領域。經改進后，又重新成為存儲領域的熱門技術。目前磁帶驅動器容量為10～35GB，采用硬件壓縮技術，容量可提高一倍。但DLT技術也存在一定的劣勢。驅動器和磁介質價格高，主系統(tǒng)和網絡之間帶寬窄。非標準的外型設計使內部受到很大限制。但該技術仍可視為未來有前途的產品。目前只被少數需要高性能備份的用戶采用。

　　特別值得提及，上述各種數據流磁帶機均稱有硬件壓縮技術，可將數據無損壓縮一倍或一倍以上。但是在廣電數字媒體領域，大部分的數字媒體采用了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4壓縮，當把這些數據保存到磁帶機上時，數據不能再壓縮。如果再次用磁帶機的硬件壓縮，不但不能壓縮數據，而且會增加容量，這是由實驗得出的結果。在考慮數據流磁帶庫容量時，如果存儲的是MPEG或JPEG文件，不能按硬件壓縮能力設計容量。

　　此外，光存儲技術、Cluster存儲、IP存儲和面向對象的網絡數據庫存儲技術也是蓬勃向上、值得關注的熱點，限于篇幅此處略。

　　實際上，上述技術并不是孤立存在的，而是綜合應用這些技術來構造系統(tǒng)。例如，GVG公司和Pinnacle公司視音頻服務器的存儲陣列服務器采用RAID3技術，存儲陣列服務器主、備鏡像，視音頻服務器與存儲陣列服務器采用FC的NAS方式。SeaChange公司服務器的存儲陣列采用RAID5技術，服務器之間采用Cluster連接、RAID2故障自恢復方式，對外接口用Local Ethernet互聯。

　　在系統(tǒng)選型和設計系統(tǒng)時，要充分考慮存儲及系統(tǒng)的可擴充能力。例如，網絡化的非線性編輯系統(tǒng)，如果硬盤存儲陣列采用單通道FC傳輸，理論帶寬是1000Mb/s，實際傳輸有效帶寬約標稱帶寬的70%左右，在這樣的系統(tǒng)上，8個或8個以上精編站同時工作就容易出現等待或死機(容錯功能設計不很完善時)現象。如果你定購時按單通道FC硬盤存儲陣列設計，以后擴充5個以上精編站，而沒有擴充硬盤存儲陣列的結構，出現問題也是很正常的。

　　技術在發(fā)展，多種存儲技術在互相競爭，互相促進和共融，適者生存。沒有絕對的先進領先，只有相對的領先。特別是設計數字媒體應用系統(tǒng)時，要根據對像、投資、技術要求來確定選用的存儲技術和結構類型，缺乏前瞻和過于追求低價格，都會造成不必要的浪費。

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