作者：湖南大众传媒职业技术学院 劳光辉
数字技术、网络技术的发展，数字化引发了电视领域的革命。近年来电视数字化的进程明显加快，电视广播从拍摄．后期制作、存储、播出到传输正向数字化、网络化全面展开，对节目制作人员提出了更高的要求。
这不仅体现在单一数字设置由模拟信号向数字信号过渡的改进和创新上，出现了数字摄像机、录像机、特技机、切换台等一大批运用数字技术的设备，而且大规模的整体性的数字系统也日趋完善，出现了全数字电视演播室、全数字电视转播车、数字压缩的卫星新闻采集转播车（DSNG）等。这种数字化进程还正向全电视系统――制作、传输、发射和接收方向的纵深发展，相继出现了数字地面广播（DVB）、数字卫星直播（DTH）等。目前基于计算机平台的非线性编辑系统和硬盘播出系统，在各级电视台的后期制作、播出中应用日益广泛。
非线性编辑系统以视频数据作为对象，像处理文本一样，用非时间顺序编辑视频数据，能够完成视音频的非线性编辑，且在编辑中同时完成A／B卷或多通道特技，字幕叠加、配音、配乐等工作。它包括了数字压缩技术、数字存储技术、数字图像处理技术、计算机图形技术、网络技术等相关技术，把数字化、多媒体化、交互性和网络化带入视频编辑之中，给电视制作带来重大变革。
1 构建网络化节目制作平台的基础
国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合制定MPEG-2国际标准，1994年正式公布，MPEG-2是数字电视广播的最基本标准。它建立了世界范围内数字视频服务、应用和互操作的可能；它是标准的视频数据压缩格式，压缩比高输出码率可变。
MPEG-2压缩是利用运动图像相邻帧之间的相似性，通过运动预测，参考前帧图像与这一帧的相似，去掉去前帧相似的冗余数据，只记录不同的数据，从而大大提高了视频数据的压缩效率。
目前，最具代表性的有ATSC、DVB和ISDB三种数字电视标准。这些标准的数字电视图像压缩编码均采用MPEG-2标准，可以直接进入电视台基于MPEG-2电视节目制作、分配、存储、传输。湖南教育电视台2002年建成了由七个有卡和三个无卡工作站组成的MPEG-2格式的双网结构的节目制作网，两年来在电视节目后期制作中发挥了很大的作用。
在视频编辑过程中，快速搜索画面十分重要。MPEG-2标准的IBP结构中，15帧构成一个图像组（GOP）。I帧是全帧，而B、P帧只继承I帧的一些相关数据,才能构成完整帧.奥维迅公司的MPEG-2非线尾编辑解决了精确的快速连续搜索.在搜索过程中,可流畅地看到每一帧,并能精确的停在任何一帧(I、B、P帧)。可逐帧搜索，还可实现精确快速连续倒放和逐帧倒放搜索。非编采用非等长MPEG-2压缩包和帧缓存技术，解决了精确到帧的出入点的编辑问题。索贝公司的“智能分割/并行解码/实时切换”技术提出了基于Matrox视频硬件的IBP帧实时编辑/特技解决方案，并与Matrox合作采用异于国内其它OEM厂商的互动开发模式，完美实现了双路IBP帧数据流的实时编辑、特技和字幕叠加。目前各大网络设备运营商都推出了自己的MPEG-2非编网，它们使用的MPEG-2广播级非线编辑板卡有Matrox公司的DTV、MAX、Pinnacie公司的Targe3000、3300等。
MPEG-2格式压缩效率高，压缩比高，数据量小，存储空间小，可以高效地利用传输带宽，且MPFG-2是国际标准的视频压缩数据交换格式，具有兼容性，基于MPEG-2文件系统，可变化整个电视台系统中设备互换性和视频信号同一性，这样就解决了大量电视节目资料的低成本存储问题，从而可实现全台资源共享，同时也可实现MPEG-2视频压缩数据流的交换和传输。
节目的制作播出是电视台的重要环节，将多媒体非线性网络加入节目的制作、播出等流程中，建立一个基于硬盘采集、数据传输、非线性编辑制作、多频道硬盘播出的数字网络，视频数据和其他各类数据在网络上传输，改变传统的串行工作方式为并行工作方式，网络中的几个终端可以同时制作同一节目的不同段落，这样可使节目资源共享，并提高节目技术质量。
目前的非线性网络系统从功能上来说可以分为两大种类：新闻节目制作播出网络系统和综合节目制作播出网络系统。
从网络规模上来说通常有这么几种：小型节目制作系统（通常所说的一拖N型系统）、中小型节目制作系统（通常指基于SCSI磁盘阵列存储和光纤JBOD磁盘塔存储的网络系统）、大型节目制作网络系统（双网结构并基于光纤容错冗余磁盘陈列的网络系统）。
2 湖南教育电视台数字节目制作网络系统介绍
（1）系统需求分析
湖南教育电视台数字节目制作网络系统的建设目标是整个视频网络系统将全面承担起电视台的节目制作任务。具体来讲，可将总体需求总结如下：
1）系统应该保证长时间工作，并且系统中关键设备应该充分考虑冗余容错保护措施。
2）针对每个功能工作站，应具有独立、简洁、是实用的应用软件，分别实现各自的功能，并且通过网络管理系统协同作业。
3）系统应考虑与虚拟演播室的连接，并留有与硬盘播出系统的接口。
4）整个网络系统应该具有友好方便的管理功能，可以科学的实现系统的管理，提高系统的运行效率。
5）必须保证网络系统的稳定性、可靠性。同时在网络设计时要充分考虑系统的先进性、开放性和可扩展性。
（2）系统描述：
系统结构及拓扑图
1）系统主要任务是承担湖南教育电视台新闻节目制作的任务，因此本系统配置中将采用有卡工作站，另配以少量的无卡工作站，完成节目的粗编。
2）根据系统具体功能和工作量的要求，在系统中我们设计上下载工作站3台、无卡工作站3台。另外系统配四套LE有卡工作站单机供各频道栏目使用；
3）系统中上下载工作站、服务器均联入FC网，共享FC磁盘阵列的视音频素材资源；
4）为保证广播级视音频数据的实时传输，提高FC的数据传输效率，我们采用交换式FC结构，完全保证每个有卡工作站站点的数据传输带宽；
5）系统中配置一台服务器，实现系统中的数据库及低码率素材服务器；
6）所有工作站通过采用百兆到桌面的方式连入系统，独享100M的以太网带宽；同时为了保证服务器的数据传送能力，服务器通过以太网1000M端口联入，保证服务器端的带宽需要；
7）以太网采用星型结构，各工作站的单点故障不影响系统的运行；
8）数据传输采用多环路光纤通道技术、数据存储采用RAID冗余容错技术，充分保证系统中数据存储的安全性、可靠性。
关键技术选型
1）系统采用两种码率完成节目的粗编和精编，视音频解码技术低压缩比素材采用MPEGII格式，高压缩比素材采用MPEC4格式，实现高效高质的视音频编辑。两种码率下进行编辑获得的编辑结果可以互相调用。
2）节目制作网络系统双网结构，系统以FC网为主，以太网为辅，其中FC网传输广播级视音频数据流，以太网传输高压缩比素材、素材信息以及网络控制信息。
3）网络中，所有客户端采用Microsoft Windows 2000 Peofessinal。
4）网络数据库系统采用Microsoft SQL Server 7.0。
5）系统数据存储采用冗余容错磁盘阵列技术，保证数据的安全性。
存储平台设计
湖南教育电视台新闻制作网络系统共计有3个有卡站点要实时访问共享存储中心的数据，因此系统对存储的要求比较高； 经过计算我们确定网络系统对存储区域网络的存储容量为720GB。
系统说明：
1）系统存储部分由一台EDI6000 FFX12磁盘阵列来构架；EDI6000 FFX12是一套整合的双电源、双端口、双控制器，全光纤，全冗余的磁盘阵列系统。可以支持30个盘位，可以支持9G、18G、36GHE 72G双环路光纤磁盘，单机最大容量2.16TB。
2）整个存储区域网采用FBRIC结构，通过1台VIXEL FC7100交换机来互连，构架满足系统数据传输要求的高速通道；
3）目前的配置情况下，存储系统接入有卡工作站站点数量为3台；
4）每台磁盘阵列配置10块72GB的FC光纤硬盘，构建RAID逻辑卷。系统的总体容量为72.6*10=726GB；
5）磁盘阵列具有两个控制器，提供两个独立的主机通道，经过我们实际测试，每个主机通道的可以提供50MB/S的稳定写带宽和70MB/S稳定读带宽；
6）系统中任何磁盘发生故障时，不会影响其它的磁盘阵列及构建在这些磁盘基础上的逻辑卷；
7）当系统中的某一块磁盘发生故障，如果不是立即进行完全重构，此时系统性能将不受影响；如果是边重构边运行，此时对系统性能的影响不超过25%；如果进行完全立即重构，系统的重构时间约为4个小时；
8）由于整个系统采用全FIBRIC结构，因此系统中任何设备的加入都不会影响其他设备的正常工作，也就是在多个工作站进行数据读写操作时，其他工作站的启动或关闭，不会对其造成影响；
9）每个FC交换机端口到有卡工作站的通道带宽理论上可以达到100MB/s，由于FC自身的损耗，实际端口速度可以达到90MB/s。
带宽性能分析
1）经过我们的实际测试，阵列的每个主机通道可以提供50MB/S的稳定写带宽和70MB/s的稳定读带宽，因此存储系统总共可以100MB/s的总极限写带宽和140MB/s的总极限读带宽。
2）系统对读写性能的要求
系统对存储子系统的带宽要求为总体写带宽为18（MB/s）、总体读带宽为36（MB/s），因此我们的存储系统是完全可以满足系统对数据读写传输能力的要求的。
3）性能分析
在本系统中，以太网主要是用来传输用于预编工作站粗编的非广播级视音频素材以及相关的包括节目信息、素材信息、人员信息等信息在内的各种信息。
本系统预编工作站粗编用的非广播级视音频素材的数据码流大约在1MB/s左右（高于VCD、接近于DVD的视频质量）。这些素材均存储在系统中的素材服务器上，而素材服务器是通过1000M以太网连接的，这样在理论上每台素材服务器应该可以接受1000*0.3/8=36台预编工作站的同时访问。当然，这是理论上的网络性能分析，它还要受到诸如以太网的冲突带宽损耗、服务器磁盘读写性能限制等因素的影响，但是本系统中我们配置一台素材服务器，以太网的性能就完全可以满足目前我们系统的要求，同时还有很大的扩展余地。
存储区域网的文件系统
在存储区域网络中实现资源（存储空间）的共享主要有两种方式：
1）基于VOLUME（卷）的访问控制。比较典型的共享管理软件有美国Transoft公司的FiberNet。这种控制方式是比较早期的一种控制方式，它的缺点是：
A、文件列表的更新信息的传输要占用FC的带宽。
B、在同一时间只能有一台工作站对某一个VOLME（卷）有写的权限，其余工作站都只能有读的权限，这在使用中非常的不方面。
C、不能实现对文件级的访问控制。这样就很难保证各个工作站或使用人员的自有文件资源不被别人破坏，极大的降低了系统的安全性和稳定可靠性。
2）基于文件级的访问控制。比较典型的共享管理软件有美国著名存储管理软件公司Tivoli公司的SANergy。该系统的最显著特点是：
A、所有文件列表的更新信息都通过以太网来传输，而实时的视音频数据由FC来传输，这样就降低了FC的额外开销，提高了FC的利用效率和性能。
B、SANergy 可以结合NTFS文件系统实现对文件级的共享控制，极大地提高了系统的安全性。
C、SANergy构建的时候需要有一台工作站来做MDC（MetaData Controller），它的任务就是对所有要访问FC存储系统的工作站提供FC网络环境中的文件服务，因此可以说MDC是FC网络中的另外一个核心设备，它的稳定性对整个FC网络的稳定性起着非常关键的作用。
D、SANergy的缺点就是需要在FC网络的基础上还需要构建以太网，进行文件列表更新信息的传输。
因此，在我们系统中，经过综合的比较，决定使用Tivoli公司的SANergy来作为网络中FC的文件系统。
节目制作非线性编辑网络建成近两年来，实现了资源共享，提高了节目制作效率，加上摄录像设备采用索尼BETACAM SX 格式，拥有数字音频工作站和播出数字切换系统，湖南教育电视台向数字化、网络化建设方向迈进了一大步。
3 结束语
实现电视节目的数字化制作与播出是广播电视数字化推进工作的龙头和重点，当前电视中心的数字化我们认为是建立三个系统，分三个步骤完成，即节目制作网络化、播出硬盘自动化、节目资源数字化管理，当三个系统建立起来后，系统之间互相联接起来，即可基本实现电视中心的数字化、网络化。
电视台在规划和实施这项工作时，一定要有前瞻性，既要考虑符合当前实际，又要预见未来发展，要注意上述三个系统的相互关联性。尤其在建立非线性网络制作系统时，不能只顾简单、片面追求低成本而把它们设计建立为孤立、分散的系统。特别是节目资源管理应该紧密围绕电视台的工作流程设计，一方面要注意符合基础情况和现有条件，另一方面也要充分利用数字技术、网络技术的特点和优点，着重在提高节目制作、播出质量和效率上下功夫，力求达到升级方便、兼容性好、功能完善，使其成为电视台内部数字化、网络化的核心。 (DVOL本文转自：中国DV传媒 http://www.dvol.cn)
