HDTV制作中廣泛應用的數字媒體領(lǐng)域存儲技術(shù)

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

　　SCSI技術(shù)

　　SCSI的發(fā)展經(jīng)過(guò)三個(gè)階段。SCSI協(xié)議的第一版本僅規定了5MB/s的傳輸速度的總線(xiàn)類(lèi)型，接口定義、電纜規格等標準。第二版本作了較大修改。SCSI-2協(xié)議規定了16位數據帶寬。高速的SCSI存儲技術(shù)陸續成為市場(chǎng)的主流，也使SCSI技術(shù)牢牢地占據了隨機存儲市場(chǎng)。SCSI-3協(xié)議增加了能滿(mǎn)足特殊設備協(xié)議所需要的命令集，使得它既能適應傳統的并行傳輸設備，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(xié)議(FCP)、串行存儲協(xié)議(SSP)、串行總線(xiàn)協(xié)議等。

　　由于SCSI技術(shù)兼容性好，市場(chǎng)需求大，其技術(shù)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(shù)廣泛應用于非線(xiàn)性編輯、字幕機等制作設備。早期的硬盤(pán)播出設備采用該技術(shù)構建視音頻服務(wù)器，但因其可靠性等原因而被新技術(shù)取代。高可靠性的大型存儲系統，通常把SCSI技術(shù)與其它技術(shù)結合來(lái)實(shí)現故障自恢復，提高安全性，達到系統不間斷工作的目的。

　　存儲網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

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

　　Intel公司推動(dòng)的Infiniband是基于IA-64架構的核心存儲技術(shù)，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(chǎng)接受，技術(shù)瓶頸能否突破，人們將拭目以待。

　　存儲網(wǎng)絡(luò )技術(shù)近年在視頻領(lǐng)域發(fā)展迅猛。無(wú)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(shù)條件下，形成大型電視臺的制播一體網(wǎng)，全臺媒體資產(chǎn)的中心存儲和統一管理，還有不少的技術(shù)難點(diǎn)需要克服。特別是存儲網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的帶寬問(wèn)題是面臨的最大障礙。

　　RAID技術(shù)

　　RAID是一種由多塊廉價(jià)磁盤(pán)構成的冗余陣列。雖然RAID包含多塊磁盤(pán)，但是在操作系統下是作為一個(gè)獨立的大型存儲設備出現。RAID技術(shù)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?xún)r(jià)比。

　　RAID0是最簡(jiǎn)單的一種形式。RAID0可以把多塊硬盤(pán)連接在一起形成一個(gè)容量更大的存儲設備。但由于RAID0沒(méi)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(pán)，對一般應用是不明智的。如果其中的任何一塊磁盤(pán)出現故障，整個(gè)系統將會(huì )受到破壞，無(wú)法繼續使用。國內早期，某些視音頻服務(wù)器采用RAID0技術(shù)，幾乎沒(méi)有幾臺能夠長(cháng)期、安全使用。

　　RAID1和RAID0截然不同，其技術(shù)重點(diǎn)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的可靠性和數據可修復性上。RAID1又被稱(chēng)為磁盤(pán)鏡像，每一個(gè)磁盤(pán)都具有一個(gè)對應的鏡像盤(pán)。RAID1是所有RAID等級中實(shí)現成本最高的一種，盡管如此，人們還是選擇RAID1來(lái)保存那些關(guān)鍵性的重要數據。

　　RAID3是利用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的磁盤(pán)存放所有的校驗數據，而在剩余的磁盤(pán)中創(chuàng )建帶區集分散數據的讀寫(xiě)操作。RAID3不僅可以像RAID1那樣提供容錯功能，而且整體開(kāi)銷(xiāo)從RAID1的50%下降為25%(RAID3+1)。隨著(zhù)所使用磁盤(pán)數量的增多，額外成本開(kāi)銷(xiāo)會(huì )越來(lái)越小。在不同情況下，RAID3讀寫(xiě)操作的復雜程度也不相同。最簡(jiǎn)單的情況就是從一個(gè)完好的RAID3系統中讀取數據。這時(shí)，只需要在數據存儲盤(pán)中找到相應的數據塊進(jìn)行讀取操作即可，不會(huì )增加額外的系統開(kāi)銷(xiāo)。當向RAID3寫(xiě)入數據時(shí)，情況會(huì )變得復雜一些。即使我們只是向一個(gè)磁盤(pán)寫(xiě)入一個(gè)數據塊，必須計算與該數據塊同處一個(gè)帶區的所有數據塊的校驗值，并將新值重新寫(xiě)入到校驗塊中。由此我們可以看出，一個(gè)寫(xiě)入操作事實(shí)上包含了數據讀取(讀取帶區中的關(guān)聯(lián)數據塊)，校驗值計算，數據塊寫(xiě)入和校驗塊寫(xiě)入4個(gè)過(guò)程。系統開(kāi)銷(xiāo)大大增加。我們可以通過(guò)適當設置帶區的大小使RAID系統得到簡(jiǎn)化。如果某個(gè)寫(xiě)入操作的長(cháng)度恰好等于一個(gè)完整帶區的大小(全帶區寫(xiě)入)，那么我們就不必再讀取帶區中的關(guān)聯(lián)數據塊計算校驗值。我們只需要計算整個(gè)帶區的校驗值，然后直接把數據和校驗信息寫(xiě)入數據盤(pán)和校驗盤(pán)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(xiě)。下面，我們再來(lái)看一下當硬盤(pán)出現故障時(shí)，RAID系統在降級模式下的運行情況。

　　RAID3雖然具有容錯能力，但是系統性能會(huì )受到影響。當一塊磁盤(pán)失效時(shí)，該磁盤(pán)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(pán)中讀取數據塊，不會(huì )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(jīng)損壞的磁盤(pán)，則必須同時(shí)讀取同一帶區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(pán)之后，系統必須一個(gè)數據塊一個(gè)數據塊的重建壞盤(pán)中的數據。整個(gè)過(guò)程包括讀取帶區、計算丟失的數據塊和向新盤(pán)寫(xiě)入新的數據塊，都是在后臺自動(dòng)進(jìn)行。重建活動(dòng)最好是在RAID系統空閑的時(shí)候進(jìn)行，否則整個(gè)系統的性能會(huì )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(gè)磁盤(pán)上，各塊硬盤(pán)分別獨立進(jìn)行條帶化分割，相同的條帶區進(jìn)行奇偶校驗(異或運算)，這樣就可以確保任何對校驗塊進(jìn)行的讀寫(xiě)操作都會(huì )在所有的RAID磁盤(pán)中進(jìn)行均衡。因此，RAID5具有良好的隨機讀性能，因為在規定的傳輸塊大小范圍內的數據只需訪(fǎng)問(wèn)單個(gè)數據驅動(dòng)器，也克服了RAID3單個(gè)冗余盤(pán)的局限性。

　　RAID5的主要缺點(diǎn)是降低寫(xiě)功能，因為它是一位或一個(gè)字節地寫(xiě)在磁盤(pán)上，經(jīng)過(guò)處理后，使數據塊1的位或字節寫(xiě)在數據塊1上，數據塊2的位或字節寫(xiě)在數據塊2上，……因此，在寫(xiě)數據時(shí)處理的環(huán)節比較多，降低了隨機寫(xiě)功能。

　　采用IDE硬盤(pán)構建RAID的技術(shù)是新出現的一個(gè)技術(shù)方向。由于IDE設備擴展性和IDE設備支持熱插拔的技術(shù)限制，IDE設備的RAID應用尚不夠廣泛。

　　在廣電業(yè)，使用RAID技術(shù)最多的是視音頻服務(wù)器和非線(xiàn)性編輯硬盤(pán)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(shù)

　　SAN是存儲技術(shù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )時(shí)代的的產(chǎn)物。它一方面能為網(wǎng)絡(luò )應用系統提供豐富、快速和簡(jiǎn)便的存儲資源；另一方面又能對網(wǎng)上的存儲資源進(jìn)行集中統一的管理，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(wù)管理的結構，也可以作為視音頻播出服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò )化構架。

　　NAS技術(shù)

　　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(wǎng)絡(luò )架構中，數據成為了網(wǎng)絡(luò )的中心，NAS設備是直接連接在網(wǎng)絡(luò )上的。它具有如下的特點(diǎn)：(1)NAS設備是作為單獨的文件服務(wù)器存在的。網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )中非常方便。如通過(guò)設置簡(jiǎn)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平臺。同時(shí)提供了RAID硬盤(pán)、冗余電源和風(fēng)扇、冗余控制器，可保證724小時(shí)工作。

　　該技術(shù)在數字視頻領(lǐng)域用于中心在線(xiàn)存儲、網(wǎng)絡(luò )硬盤(pán)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )非線(xiàn)性編輯等。

　　數據流磁帶技術(shù)

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

　　1.LTO技術(shù)

　　LTO即線(xiàn)性磁帶開(kāi)放協(xié)議，是由HP、IBM和Seagate三家廠(chǎng)商于1997年底聯(lián)合制定的。它是開(kāi)放式的技術(shù)，三家廠(chǎng)商將生產(chǎn)許可證開(kāi)放給存儲介質(zhì)和磁帶機廠(chǎng)商，使不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品兼容。開(kāi)放性帶來(lái)更多的創(chuàng )新，兼容已有設備，降低成本和價(jià)格，使用戶(hù)受益。LTO結合了線(xiàn)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(shù)，大大提高磁帶的性能。目前LTO支持Ultrium(高速開(kāi)放磁帶格式)和Accelis(快速訪(fǎng)問(wèn)開(kāi)放磁帶格式)。Ultrium格式具有高可靠性、大容量的特點(diǎn)。特別是能單獨操作，也可以在自動(dòng)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(xiě)速度。兩種格式使用同樣的磁頭、介質(zhì)磁道面、通道和服務(wù)技術(shù)，并共享許多代碼。兩種格式相較而言，大部分用戶(hù)更強調存儲容量，因而Ultrium技術(shù)更引人注目。國內廣電業(yè)于2002年開(kāi)始引用該技術(shù)作媒體資產(chǎn)存儲，這是一個(gè)值得重視的技術(shù)走向。

　　2.DAT技術(shù)

　　DAT(數字音頻磁帶技術(shù))最早由HP和Sony開(kāi)發(fā)。它采用螺旋掃描技術(shù)，早期主要用于數字音頻存儲，后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，用于信息存儲領(lǐng)域，而且種種跡象表明，DAT的優(yōu)勢還將繼續保持。DAT技術(shù)之所以大受歡迎，很重要的原因是其很高的性?xún)r(jià)比、高可靠性。另外該技術(shù)全世界都采用，因此世界范圍都可得到該產(chǎn)品的持續供貨和良好的售后服務(wù)。

　　3.DLT(數字線(xiàn)性磁帶)技術(shù)

　　該技術(shù)最早于1985年由DEC公司開(kāi)發(fā)，它主要應用于VAX機。當時(shí)是高性能、高價(jià)格，僅應用于很少領(lǐng)域。經(jīng)改進(jìn)后，又重新成為存儲領(lǐng)域的熱門(mén)技術(shù)。目前磁帶驅動(dòng)器容量為10～35GB，采用硬件壓縮技術(shù)，容量可提高一倍。但DLT技術(shù)也存在一定的劣勢。驅動(dòng)器和磁介質(zhì)價(jià)格高，主系統和網(wǎng)絡(luò )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(shù)仍可視為未來(lái)有前途的產(chǎn)品。目前只被少數需要高性能備份的用戶(hù)采用。

　　特別值得提及，上述各種數據流磁帶機均稱(chēng)有硬件壓縮技術(shù)，可將數據無(wú)損壓縮一倍或一倍以上。但是在廣電數字媒體領(lǐng)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(shí)，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(huì )增加容量，這是由實(shí)驗得出的結果。在考慮數據流磁帶庫容量時(shí)，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(shù)、Cluster存儲、IP存儲和面向對象的網(wǎng)絡(luò )數據庫存儲技術(shù)也是蓬勃向上、值得關(guān)注的熱點(diǎn)，限于篇幅此處略。

　　實(shí)際上，上述技術(shù)并不是孤立存在的，而是綜合應用這些技術(shù)來(lái)構造系統。例如，GVG公司和Pinnacle公司視音頻服務(wù)器的存儲陣列服務(wù)器采用RAID3技術(shù)，存儲陣列服務(wù)器主、備鏡像，視音頻服務(wù)器與存儲陣列服務(wù)器采用FC的NAS方式。SeaChange公司服務(wù)器的存儲陣列采用RAID5技術(shù)，服務(wù)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(lián)。

　　在系統選型和設計系統時(shí)，要充分考慮存儲及系統的可擴充能力。例如，網(wǎng)絡(luò )化的非線(xiàn)性編輯系統，如果硬盤(pán)存儲陣列采用單通道FC傳輸，理論帶寬是1000Mb/s，實(shí)際傳輸有效帶寬約標稱(chēng)帶寬的70%左右，在這樣的系統上，8個(gè)或8個(gè)以上精編站同時(shí)工作就容易出現等待或死機(容錯功能設計不很完善時(shí))現象。如果你定購時(shí)按單通道FC硬盤(pán)存儲陣列設計，以后擴充5個(gè)以上精編站，而沒(méi)有擴充硬盤(pán)存儲陣列的結構，出現問(wèn)題也是很正常的。

　　技術(shù)在發(fā)展，多種存儲技術(shù)在互相競爭，互相促進(jìn)和共融，適者生存。沒(méi)有絕對的先進(jìn)領(lǐng)先，只有相對的領(lǐng)先。特別是設計數字媒體應用系統時(shí)，要根據對像、投資、技術(shù)要求來(lái)確定選用的存儲技術(shù)和結構類(lèi)型，缺乏前瞻和過(guò)于追求低價(jià)格，都會(huì )造成不必要的浪費。