视频网络系统的设计与应用

电视传媒只有通过彻底数字化和网络化才能融合在以互联网和移动通信为代表的第三媒体内（纸介＝第一媒体，广播电视＝第二媒体），获得生存空间。

　　一、电视台网络化的目标和系统结构

　　电视台网络化的目标首先是要在媒体资源管理系统下实现网络素材充分共享，使得每一个有价值的素材都可以方便地检索和复用。节目制作流程具有更清晰的结构，并且可以在共享制作资源和操作下并行工作。节目在数字框架下将实现无带播出，支持VOD（用户点播节目服务）；并能够在外网上以各种方式发布和交流。
　　电视台视频网（图1）是包含节目采集系统、节目编辑系统、媒体资产及系统管理、****播出系统、网络电视播出系统的综合网络系统。它以网络为纽带，形成管理、生产、播出一体化。网络化极大地提高了节目生产效率、降低生产成本，对电视台的整个生产及运作流程产生深远的影响。

　　二、非线性节目制作网

　　非线性节目制作网是视频网的主要工作环节。各类素材在这里经过采集或网络传输，进入在线存储设备，再经过各个编辑过程成为成片或筛选加工过的素材和元数据，通过迁移服务器进入近线存储设备或送播。作为视频网的网络中枢，制作网的网络结构和数据流的存储方式选择，关系到整个视频网的建设。

　　1、非线性节目制作网的关键技术
　　非线性节目制作网的关键技术主要有：以MPEG-2为主流的压缩技术、以太网和 FC－SAN结合的双网结构、以虚拟网络存储技术为代表的存储技术和以媒体资产管理为核心的网络管理软件系统。
　　（1）数据压缩
　　电视视频网选择数据压缩格式主要遵循以下几个原则：信号质量必须能满足编辑和再利用的要求；在保证信号质量前提下，尽量提高压缩效率，降低存储和传输成本；压缩格式具有良好的兼容性和开放性；存储格式具有较长的生命周期。目前适宜的标准有MJPEG、DV和MPEG2三类标准。由于MJPEG和DV都是采用帧内压缩方式，压缩效率比MPEG2低。在低码率时，MPEG2可以比MJPEG的压缩比高很多而保持较好的图像质量。MPEG2的码率是可以选择的，便于广泛应用于电视广播的各个方面和环节，是****和高清电视的广播标准，因此，说现在的****领域是MPEG2的天下，一点也不为过。
　　MPEG2标准中应用最广、最有发展前景的是长GOP（长图像组）编码方式，它是有L个帧组成，首帧为帧内压缩的I帧；每间隔M个由前后帧（I或P）矢量变换而来的B帧后，插入一个由前面的帧（I或P）矢量变换成的P帧组成的序列。正是因为这种结构，对于MPEG2 IBP压缩的视频数据进行非线性编辑时，需要两个解码器才能完成一次剪接。下面是一个L＝4的MPEG2 IBP素材编辑的例子，通过图2的例子我们看到如果选择P或B帧作为编辑点,就必须保留相关的I帧或P帧。要重放经过剪辑后的节目，要有两个MPEG2解码器，还要保留素材1的P6和素材2的I0，尽管它们在节目中不会显示出来。
　　在实际应用中，常用的解码芯片（如C-Cube）都能同时解码两路信号，因此两个解码芯片就可以实现A/B卷的编辑，Matrox公司的DigiSuite DTV+MAX和Pinnacle的Targa3000等板卡都可以实现。
　　由于IBP各帧解码过程的不同，带来的另一个问题是素材搜索的抖动性。当在时间线上快速拖动搜索指针时，即便有解码器也不能实时回放，这种延时会随着GOP的长度增加而增加。甚至在用板卡支持的其他压缩格式（如MPEG2 I）时，都会产生延时和声画错位（非编板卡总是牺牲声音来运算画面，MJPEG也不例外）。这就要求编辑人员必须控制搜索速度，才能找到需要的素材位置。最明显的问题是，在正常回放时按停止键，要延时1秒钟以上才可以停止。索贝公司在处理它时，采用搜索指针回到按停止键时素材的时码位置的方法，确实很实用。
　　MPEG2虽然是业界的标准,但它只规定了解码的通用性。在无法增加参数的情况下，从长GOP到短GOP（全I或短IBP）时，画面损失很大，7版后就很明显了，显然这对电视节目的数字化网络化制播是很不利的。但随着技术的发展，MPEG2编解码必将完全统一在一个标准下。以SONY的MXF（媒体交换文件格式）为例，短GOP到长GOP时可以加入原素材的历史数据，长GOP到短GOP时可以加入原素材的编码参数。这样处理后，转换的损失可以降低到最小，这是传统的MJPEG所不能实现的。
　　（2）网络结构和数据存储
　　对制作网而言，由以太网和FC网构成的双网结构、双码率对应、精编/粗编工作站混合组网的概念，已经成为目前技术条件下组建大、中规模网络系统的最佳选择。
　　它通过SAN（存储区域网络）将网络控制管理与存储分隔开来。有效地缓解了系统带宽与系统规模之间的矛盾，从而使视音频素材及相关数据在网络上实现资源共享成为现实。它融合了FC网和以太网的技术优势。以太网支持高压缩比的视音频数据流的传输，它可胜任视频素材的浏览和粗编；而FC网可满足低压缩比高品质画面和声音所要传输的大数据量的高速同步传输要求，完成精编、特技制作和合成。编辑时，电视素材以高、低二种压缩码率以同步的方式分别上载到以太网的服务器和FC网的存储设备上。在以太网的无卡工作站上进行粗编，其节目编辑表（EDL）记录在以太网的服务器上。EDL里的素材指针同时映射着FC上存储的高质量素材。有卡工作站同时连接在两个子网上，它可以利用以太网服务器上存储的EDL对FC上存储的素材进行精编、合成。这样大大地提高了电视制作效率，降低了成本。
　　双网结构的主要好处在于，由于FC既支持面向网络的协议（如TCP/IP）又支持面向通道的协议（如SCSI），它的有效传输速率至少为100MB／S，通过适当地连接存储设备，分配存储资源，可以连接多台处理低压缩素材的有卡站点，从而扩大网络规模。FC同时减轻了以太网服务器处理的素材数据量，便于利用以太网服务器的资源，增强网络的功能和与外网的互连。
　　①基于存储区域网络（SAN）的存储虚拟化
　　双网结构的FC就是利用FC（光纤通道互联系统）构成的SAN。所谓虚拟存储就是把物理存储设备变成完全不同的逻辑镜像呈现给用户，从而打破物理设备本身的局限性，提高了性能和可用性。SAN上的硬盘存储体必然是虚拟的。
　　非编网早期的虚拟存储设备就是一块块盘阵，每个盘阵分别RAID，依靠服务器端的虚拟级连在一起提供素材的共享，由于其并发读写效率低，需要占用多个交换机端口才能达到带宽要求。每个级连点、盘阵控制器的损坏，都会导致虚拟的LUN的离线，引起SAN的崩溃。因此级连产生的容量越大，系统的安全性就越低，从而影响了网络的规模。
　　新的存储设备虚拟的地方在存储设备本身，其核心是逻辑划分、管理等智能化功能由存储设备内嵌软件来实现。其主要特点是通过软件可以对存储系统进行在线扩容，完全不需要宕机时间；不同型号、不同容量的硬盘可以在一套系统中混用；逻辑磁盘的创建、常规的LUN对Server的Zoning功能、LUN Mapping、LUN Masking操作，甚至改变某一LUN的RAID级别，均可通过纯软件在设备上完成，从而高度有效地使用磁盘容量。这种存储子系统端的虚拟设备主要通过大规模的RAID子系统和多个I/O通道连接到服务器上。这种方式的优点在于通过与服务器系统分开，可以将存储的管理与多种服务器操作系统隔离，存储设备管理员对设备有完全的控制权，并且可以很容易地调整硬件参数，因此系统的维护和扩充非常方便。另一方面，由于每个I/O通道都可以被指定访问整个设备（或级连后的设备系统）上的所有存储资源，而且通过内部集成的缓存提供很高的访问效率，因此增加I/O通道可以扩大SAN的规模、提高系统可靠性。
　　②网络传输媒介和网络管理软件
　　在视频网络中，通常使用的是双绞线和光缆，双绞线用于10/100Mbps以太网的连接，光缆用于1000Mbps以太网和FC网络中站点与系统的连接
　　Fiber Channe管理软件的主要功能是保证共享硬盘阵列的文件和目录信息对网络中所有工作站保持一致，即某个工作站对共享硬盘阵列的文字写入和删除，必须在其他工作站得到及时反映，否则，便失去共享的意义。另外，管理软件也被用来管理共享信息的读写权限控制和支持多种操作系统平台。在双网结构中，目前常用的SANergy软件是一种基于共享硬盘中文件一级权限控制的管理软件，即在同一时刻多个工作站可以向同一个逻辑卷中进行写操作，但同一个文件在同一时刻只能被一个工作站修改，其他工作站对该文件只读。当一个工作站向某个卷中写入或删除文件时，其他工作站会自动同步整个卷的文件和目录信息。使用SANergy的优点是，工作站不用切换卷的写权限，不用进行刷新操作便可同步所有共享硬盘的文件和目录信息。
　　（3） 网络应用软件系统与媒体资产管理
　　非线性制作网最主要的优势就是素材的共享，因此网络应用软件也是围绕着用户层的素材组织形式和用户共享素材授权方式的。
　　传统方式是把栏目内的素材放在公共素材库里进行共享；跨栏目的素材需要经过授权的用户（比如部门领导）调用和复制后，才能使用，共享程度很低。标题式素材管理模式以节目为中心。标题确定后，随后上载的素材、标明素材特征的元数据、文稿、配音等信息就全部由网络系统的应用软件自动归入所建的标题下并分类。记者和编辑们只需关心自己所制作节目或需要查询素材所在节目的标题。对标题的读写权限一经确定，一切与之相关联的网络素材资源信息都将自动获得，记者和编辑们可以通过简单直观的操作界面就可以完成实际的应用。
　　传统的电视台以“频道管理”作为工作进程管理模式。它是从前期制作任务分配开始，一直贯穿至传送、归档的整个过程。每个子过程都是在相对封闭的工作组内完成的。在这种流程的最后，那些被认为值得保存的资料，比如素材带、半成品带，通常没有经过完善的分类和编目就被送到总编库里保存。它们中的一些将永不再见天日。将来要寻找任何有用的素材，除了一些基本的文字性的记录外，几乎都依赖总编室管理员或那些利用这些素材制作过节目的编辑人员的个人经验。
　　近年来，随着节目制作系统的网络化，共享的硬盘塔和文件目录已经使工作流程中的丰富信息资源可供工作组内的人员经过授权来使用。但“信息孤岛”现象依然存在。作为一种面向“内容管理”的媒体资源管理系统就是把这些孤立的，不同功能的应用系统整合在一起，形成新的电视节目制播体系。
　　在媒资系统内，素材于流程的初始阶段就被置于可用的中心位置，并为多并发用户使用。关于素材的信息在最初阶段即被采集并且输入到整个工作系统中。归档工作不再是流程末端的一个环节，注释、附录、评价可以在工作的过程中添加，借以丰富元数据。内容（素材和它相关的元数据）是存储的中心，在需要应用时，无论有多陈旧，内容都处于可用的状态。
　　随着在线和近线存储设备的提高，数据管理软件的成熟完善，媒体资产管理系统将为各种网络应用提供强大的后备资源支持，可极大地满足编辑人员对素材的需求。同时，它也将是网络电视台信息系统的中枢，起到信息交换和存储中心的作用，其规模越大，资源越多，所能发挥的作用也就越大。

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