网络化非线性编辑系统研究与开发

陈友南

1972年，世界上第一台非线性编辑系统CMX-600投入使用后，由于其具有将视频数字化和制作过程简单快捷等优点而备受业内人士欢迎。随着计算机软硬件技术的飞速发展，非线性编辑技术也日新月异，在短短30多年间，经历了板卡式的非编系统、无卡非编系统、CPU+GPU+I/0的非线性编系统、网络化的非编系统几个阶段。探讨非编系统的进一步开发，面对提高访问速度和运行的安全性这两大非编系统发展瓶颈，合理设计网络化非线性编辑系统就成为当务之急。解决这一难题，对于提高节目的制作质量和构建系统的投入都具有刻不容缓的实际意义。

一、网络化非线性编辑系统的构建原则

网络化非线性编辑系统的设计是否合理是关系到能否制作出高质量节目和资金投入的根本问题，一般说来，其设计需按以下原则：(1)根据所需制作影视节目的质量和对象确定网络非编的档次。网络化非线性编辑系统相对来说资金投放是较大的，要根据制作节目质量的要求和使用对象合理组网。(2)有较高的可靠性或系统安全性。整个系统运行要稳定可靠，在编辑过程中要流畅，对整个系统要有相应的备份等安全措施，在防止外界病毒入侵，防止非法操作和误操作都要做到符合相应的要求。(3)网络系统技术要有一定的先进性，网络系统的硬件和非编软件，要具有时代性，在有限的资金下作出最合理的配置，在兼容性和维护方面要有一定的先进性。(4)系统要具有升级扩展空间。在电子技术高速发展的今天，为了适应实际发展的需要，系统在网络的硬件和软件方面都应具有升级的能力。(5)要有较高的性价比。合理配置网络系统设备，要全面地提高整个网络系统的性价比。

二、网络化非线性编辑系统的构建

网络化非线性编辑系统主要由中央存储系统、组网构架、管理和非编软件、编辑工作站组成。

1.中央存储系统。

中央存储系统主要由磁盘柜阵列、阵列控制器和周边的电源、风扇、存放磁盘的机柜等组成。

磁盘柜阵列。磁盘阵于1987年由美国加州大学伯克利分校首先提出，磁盘存储阵列简称RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写，中文简称为磁盘阵列。是由一定数量的独立磁盘组成一个容量大的磁盘。

磁盘阵列的方式选择。磁盘阵列的接口方式与磁盘的接口技术发展有关。现有的磁盘阵列有IDE、SATA、SCSI、SAS、FC、ISCSI等几种。

IDE、SATA、SCSI、SAS接口的磁盘阵列相对于FC(Fibre Channel，光纤)、iSCSI磁盘阵列，其访问速度慢和反应能力不够灵敏，所以一般用在中低端的网络非编系统，FC、iscsI磁盘阵列具有很高的访问速度和良好的反应能力，一般用在高端的网络非线性编辑系统。

磁盘阵列数据安全设计。磁盘阵列对数据存储安全管理方面可分为RAID0，RAIDl，RAID0+1，RAID3，RAID5等。RAID0是最简单的形式，把一定数量的硬盘简单地串联在一起，扩大了硬盘的容量，访问速度没变化，并且是没有冗余或数据修复能力，一般只用于对读写速度要求不高和对数据安全级别较低的阵列中应用；RAIDl是对每个磁盘的读写都有一个对应的镜像盘。RAIDl可以在一半数量的硬盘出现问题时不间断地工作，但存储空间只是所有磁盘容量总和的一半，而且在读写时要进行二重读写，从而加重了负载和减低了速度。RAID0+1是综合RAID0和RAIDl优点的磁盘阵列；RAID3采用的是一种较为简单的校验实现方式，使用一个专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作。这样就提高了数据存储空间从而减少了冗余的开销；RAID5是RAID3的改良，把所有的校验块分散到所有的数据盘校验盘，现高端产品一般采用RAID3或RAID5的数据冗余。

磁盘阵列容量的选择。之所以网络非编用磁盘阵列除了有非常快的访问速度外，还能得到非常大的存储空间。磁盘阵列容量的设计主要是根据网络非编在一定时间段所要做电视节目量的大小和素材在磁盘阵列需保存的时间长短以及视频清晰度的档次决定。

例如：某个制片公司每星期需制作10小时的影片，制片时素材在阵列保存时间为一个月(按四周算)，成片时间与素材之比一般按1∶5算，这样一个月所需总时间为：10×4×6=240小时的存储空间。存储时如格式是用MPEG-2格式，每帧的码流为50M，按8∶1的压缩可算出一小时的音视频所需的存储空间为：50×3600/8/1024+48×2×3600/1024/1024=22.01Mb×240=5.28TB，式中lTB=1024Mb，如选每个独立的磁盘为300G，所以5.28TB/0.3TB=17.6≈18个，如采用高效率高安全性的RAID5的磁盘阵列存储技术，所需磁盘的个数为18+2=20个。

磁盘阵列控制器。在中高端的磁盘阵列一般都配带智能磁盘控制器。磁盘控制器是介于主机和磁盘之间的控制单元，专门对磁盘阵列的数据读写和数据安全进行管理。使主机从中解放出来，为了实现无单点故障的中高端磁盘阵列都配置了两个以上的磁盘控制器，部分高端产品还可以运行基于磁盘阵列的存储管理软件，对磁盘阵列进行全方位的管理。采用双控制器的产品常见的有IBM DS系列、HP EVA系列、EMC CLARIION系列、HDS Thunder95系列等，一般用于中低端网络非编。掌握高档多控制器体系结构磁盘阵列产品技术的厂家不多，技术比较成熟的有EMC和HDS公司，如HDS—USP/IBM 8300、EMC DMX4—950等产品。这些高端的磁盘阵列在可靠性和访问速度方面几乎达到了完美，在高端的非编网和电信、银行等行业得到了广泛的应用和认可。

为了数据的安全和防止系统单点故障的出现，中央存储系统的磁盘、控制器、电源、风扇等都应具备支持有热插拔和冗余。

2.组网构架。

网络构架是网络非线编辑的重要部分，在设计时除了考虑网络的先进性、稳定性、速度和带宽外，还要根据实际的用途和资金情况确定组网方式。目前主要的组网方式有以下几种形式。

百兆以太网构架。这种组网方式在非编领域基本已淘汰，这种网络构架投资少但其带宽窄网速低，只能用于建造小型的实验型非编网络，在一些教学单位给学生实验用，如图1所示。

这种组网方式相对于百兆的以太网在带宽和网速方面都有很大提高，它主要由网络服务器、千兆网络交换机、有卡工作站和无卡工作站组成。它的性价比较高，很适合教学单位或小规模的制作公司组网，网络构架如图2所示。

FC—SAN网络构架。FC—SAN(Storage Area Network)采用光纤的网络存储技术，网络上的所有工作站都处于平等地位，直接通过交换机访问磁盘阵列的素材。FC—SAN网络结构采用存储局域网技术，所以具有的频带宽、对数据的存储安全可靠且容错能力强，消除工作站访问磁盘阵列经过服务器处理瓶颈，可用带宽接近实际的网络传输带宽，其单通道可提供1Gb/s速率，传输带宽最小266Mb/s，最大可达到4Gb/s，传输距离可达40km以下。现主要用于高端的非线性网络，但其构建成本高，只能应用于经济实力较雄厚的电视台或广告公司，其组网结构如图3所示。

SAN+网络附加存储(NAS)构架。FC-SAN网络构架其带宽宽、访问速度高，但其造价非常贵，对于资金不是那么雄厚的电视台或制作单位难以实现。FC-千兆以太网构架双网构架在性价比上找到了一个平衡点，以FC光纤和千兆以太网相结合，如图4所示，工作站分为两部分，一部分是有卡工作站与光纤网相连，实现素材的上传和影片的输出工作，另一部分是无卡工作站与千兆网相连，要与FC磁盘交换数据并需经过网络服务器。这种网络构架致命的要点在于当有一定数量的无卡工作站通过网络服务器访问FC磁盘阵列时，网络服务器变为速度的瓶颈，导致网络服务器死机的现象，但这种现象在索贝的柔性网络构架中得到了很好的解决。

三、管理和非编软件

网络非编管理软件

网络非编管理软件是担负整个网络高速运行、稳定和功能有效实现的保证。管理好在不同工作站在同一时间能安全和高效地访问磁盘阵列的素材。从素材的上载导入、高低码流的对称编辑、账号和存储空间的严格管理，节目的提交、审查和串片，节目的插播、播出及媒体资产管理，直到软硬件的使用统计等。现研究开发的网络非编管理软件较多，如StorNext、OpenNet等管理软件。

编辑软件。非编软件是网络非编系统的重要组成部分，成片的效果和特效与非编软件有直接的关系，由于开发非编软件的经济效益明显，现有许多公司研制开发非线性编辑软件，如Adobe Premiere、Canopus EDIUS Pro 3、Avid Xpress Pr等。非编软件的选择要根据非编网络的档次和所需完成的功能来决定非编软件的选择。

四、非编工作站

非编工作站的设计要根据网络非编系统的档次和需要完成的功能来设置，一般分为有卡工作站、无卡工作站、配音工作站、审片工作站、防病毒工作站等。有卡工作站需完成素材的上下载，般配有本地硬盘防止网络瘫痪的情况下，能暂时进行应急的编辑工作，如图5所示。

五、网络非编系统病毒防护

病毒的防护是整个系统能否正常运行的重要保证，整个非编网应作一个独立的网络与外界网络作物量的隔绝，防止病毒从移动存储设备传入网络系统，所有工作站都不配光驱，把所有的USB接口作物理断开和封死接口。所有工作站的键盘、鼠标全为SP2接口。考虑到网络与外界交换数据的实际需要，专门设计一个防病毒工作站，工作站设计成单向拷贝和防火墙等措施，会避免外网病毒和黑客入侵。所有进入系统的数据都从这个工作站检测后方可进入，网络管理技术人员要及时进行病毒库升级和定期的安全检查。

六、结束语

在目前情况下，由于中央处理系统和宽频带网架的昂贵，严重制约了网络非编的发展。访问速度快和频带宽的网络非编，现在尚能在一些经济实力较雄厚的电视台或制作公司应用。但随着电子技术的发展，电子产品的性价比不断提高，网络化非编代替单机板卡式的非编是势在必然，现阶段的以标清为主的技术必然向高清过渡。由CPU完成数据的读取和编码，GPU完成合成和输入、输出的CPU+GPU+I/0构架在为今后的发展方向、高清节目的制作也必将是今后发展的重点。同时，在功能上涵盖更广的、将生产与播出和管理纳入到一个高性能高智能高安全的网络中，电视节目生产流程中的写稿、配音、制作、演播室的合成与播出均通过计算机网络完成，实现智能化管理、网络化制作、数字化存储和自动化播出，也必将取代现在的各自为政，因此，对于网架结构的配备、对于非编工作站的使用，越发成为推广与应用现代非编技术的重中之重。

(作者单位：湛江师范学院)

编校：杨彩霞