數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間采用文件方式傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)的可行性分析

數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間采用文件方式
傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)的可行性分析

摘要：
    本文從節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)播出系統(tǒng)的連接方案入手，探討了數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間連接的三種工作模式：采用磁帶作為介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，采用流方式傳輸數(shù)據(jù)和采用文件方式傳輸數(shù)據(jù)。詳細(xì)分析了這三種模式的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而論證了采用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)的可行性和合理性。并分析了工程中采用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)所需面對(duì)的問(wèn)題及解決方案。本文還提出了使用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)的具體可行方案，同時(shí)探討了利用文件方式傳輸數(shù)據(jù)在節(jié)目集中上載和衛(wèi)星節(jié)目收錄方面的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵字：
    數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)、節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)、硬盤(pán)播出系統(tǒng)、磁帶、流、文件、MPEG、TCP/IP、FTP、集中上載系統(tǒng)、媒體資產(chǎn)管理

Abstract:
    This paper described three interaction types of digital video network. Interacting by magnetic tape, by media stream and by files. We analyzed the advantages and shortages of this three interaction types of digital video network, then conclude that interacting by files is the best way in this three types. We also analyzed the problems we must face when we use this method interacting in digital video networks, and gave the solutions. This paper gave an exercisable project about interaction by files type in digital video networks, and described this method implements in other fields, just like programs upload system, satellite transmission and so on.

Keyword:
    Digital video network, Program network, Broadcast server, Magnetic tape, Media stream, File, MPEG, TCP/IP, FTP, Programs upload system, Media management system.

    數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)給電視業(yè)者帶來(lái)的變革已經(jīng)毋庸置疑了。許多電視臺(tái)都在考慮或正在使用非線性視頻編輯環(huán)境全面的替換傳統(tǒng)視頻編輯環(huán)境，使用硬盤(pán)播出系統(tǒng)取代磁帶播出的方式。媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)有著被所有人看好的前景，硬盤(pán)錄像機(jī)和藍(lán)光盤(pán)技術(shù)在攝錄設(shè)備中已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用。非常明顯，很快數(shù)字非線性視頻編輯技術(shù)就會(huì)占領(lǐng)電視節(jié)目制作播出環(huán)境的各個(gè)環(huán)節(jié)。
    這樣會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，或者說(shuō)是一系列問(wèn)題，在一個(gè)制播環(huán)境中，不同的系統(tǒng)設(shè)備環(huán)節(jié)如何相互交換數(shù)據(jù)。
    比如我們有這樣的一個(gè)制播環(huán)境，每個(gè)橢圓代表不同的功能模塊。如圖-1所示：
該制播環(huán)境由節(jié)目源、節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)、硬盤(pán)播出系統(tǒng)、節(jié)目存檔或媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)(這里所指的媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)，主要是以媒體資產(chǎn)查詢(xún)管理為主，不是指包括采編播查詢(xún)一體的廣義上的媒體資產(chǎn)管理)以及遠(yuǎn)程節(jié)目系統(tǒng)組成，這樣的制播環(huán)境代表了國(guó)內(nèi)大部分電視臺(tái)的現(xiàn)實(shí)情況或發(fā)展方向。

    節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)毋庸置疑。硬盤(pán)播出系統(tǒng)包括了分散的節(jié)目上載系統(tǒng)，集中的存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)庫(kù)管理體系，視頻流輸入輸出接口，具備了一個(gè)視頻網(wǎng)絡(luò)幾乎所有的要素。所以從嚴(yán)格意義上來(lái)講，硬盤(pán)播出系統(tǒng)也是一種視頻網(wǎng)絡(luò)。利用信息技術(shù)的節(jié)目存儲(chǔ)系統(tǒng)和媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)也是相對(duì)獨(dú)立的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)。而隨著硬盤(pán)錄像機(jī)和藍(lán)光盤(pán)技術(shù)的應(yīng)用，前期設(shè)備也將會(huì)脫離單機(jī)單任務(wù)操作的狀態(tài)，加入視頻網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中。
    從發(fā)展的角度來(lái)看，制播環(huán)境各個(gè)環(huán)節(jié)如何連接的問(wèn)題，其本質(zhì)上就是數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)之間如何有效傳輸數(shù)據(jù)。他們之間如何連接交互數(shù)據(jù)，反映了不同類(lèi)型的視頻網(wǎng)絡(luò)相互傳輸數(shù)據(jù)所需面對(duì)的問(wèn)題。
也許有人會(huì)說(shuō)，采用制播一體化網(wǎng)絡(luò)不就不存在這種問(wèn)題了嗎？這在理論上是完全正確的。使用同一廠商的視頻網(wǎng)絡(luò)搭建整個(gè)電視臺(tái)的制作播出存儲(chǔ)系統(tǒng)，使用統(tǒng)一的硬盤(pán)存儲(chǔ)陣列和管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理節(jié)目制作、播出和存儲(chǔ)系統(tǒng)，使用播出服務(wù)器替換原有制作網(wǎng)絡(luò)的下載端口，理論上的確可以節(jié)省設(shè)備投資，減少數(shù)據(jù)流環(huán)節(jié)并提高工作效率。
    但是，從實(shí)際工程角度來(lái)看，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是如此簡(jiǎn)單。比如對(duì)播出安全性的高要求使得必須給于播出系統(tǒng)足夠的系統(tǒng)冗余，獨(dú)立的存儲(chǔ)系統(tǒng)，相對(duì)封閉的管理空間，大容量的數(shù)據(jù)吞吐能力和演播室信號(hào)的直播處理能力。完全滿足以上要求會(huì)導(dǎo)致一個(gè)硬盤(pán)播出系統(tǒng)的設(shè)備預(yù)算不會(huì)比具有相應(yīng)支持能力的節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)低多少。同樣，一個(gè)基于信息技術(shù)，滿足要求的節(jié)目存儲(chǔ)查詢(xún)系統(tǒng)其本身也是一個(gè)完整的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)。而對(duì)于一個(gè)功能獨(dú)立的硬盤(pán)播出系統(tǒng)或節(jié)目存儲(chǔ)查詢(xún)系統(tǒng)而言，它和節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)的交互數(shù)據(jù)其實(shí)已經(jīng)是兩個(gè)視頻網(wǎng)絡(luò)之間的連接了。即使這些環(huán)節(jié)是由同一廠商開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，也必須面對(duì)網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)的問(wèn)題。除此之外，我們還必須考慮到遠(yuǎn)程節(jié)目網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展問(wèn)題。
    從另一個(gè)角度來(lái)看，廠商當(dāng)然是希望做制播一體化網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榭梢阅玫匠杀督痤~的合同，他們甚至希望用一個(gè)統(tǒng)一的、大而全的媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)涵蓋采編播的所有環(huán)節(jié)，拿下所有的訂單。但從用戶的角度而言，大而全的網(wǎng)絡(luò)就意味著要對(duì)自己的設(shè)備環(huán)境進(jìn)行全面的更換，并且保持一致，為了遷就某一廠商在某一領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)而忍受其在其他領(lǐng)域內(nèi)的缺陷。同時(shí)一體化網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的巨額設(shè)備投入也不是中小型電視臺(tái)所能夠承受的。
    從工程技術(shù)角度來(lái)看，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)展的不平衡性。分散的模塊化的設(shè)計(jì)思路比整體統(tǒng)一的設(shè)計(jì)思路更加具有靈活性和可擴(kuò)展性，并可減少工程周期過(guò)長(zhǎng)、一次性投資過(guò)大帶來(lái)的技術(shù)被動(dòng)。
    所以本文希望從工程角度出發(fā)，探討如何在相對(duì)獨(dú)立的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間建立連接，便捷、高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
    從工程上看，我們有三種方法可以做到相互獨(dú)立的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，進(jìn)行節(jié)目和信息的交換：一、使用磁帶或磁盤(pán)等獨(dú)立存儲(chǔ)物理介質(zhì)作為網(wǎng)絡(luò)間節(jié)目和數(shù)據(jù)交換的載體；二、使用數(shù)據(jù)流作為交換的載體；三、使用文件作為交換的載體。
以下分別說(shuō)明：
    第一種方法是使用磁帶或類(lèi)似的記錄工具作為數(shù)據(jù)交換載體，這是最簡(jiǎn)單方法也是現(xiàn)在最普遍的做法。在不同的視頻網(wǎng)絡(luò)之間以磁帶作為中轉(zhuǎn)介質(zhì)。節(jié)目源使用錄像帶上載節(jié)目素材到節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)編輯完成用于播出的節(jié)目成片后通過(guò)下載端口下載到錄像帶上，由專(zhuān)人送交到播出機(jī)房或者節(jié)目存檔系統(tǒng)。播出機(jī)房將送交的節(jié)目播出帶上載到硬盤(pán)播出服務(wù)器中，編目存儲(chǔ)用于播出，節(jié)目存檔系統(tǒng)或媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)將磁帶信息再次數(shù)據(jù)化。
如圖-2所示。

    此種工作方式的好處是各個(gè)環(huán)節(jié)在物理完全獨(dú)立，通過(guò)磁帶作為環(huán)節(jié)間數(shù)據(jù)傳送的媒介，不需考慮不同環(huán)節(jié)設(shè)備之間的接口協(xié)議，也不需考慮各個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)部的文件壓縮格式和交換格式，只要統(tǒng)一磁帶格式即可。各個(gè)環(huán)節(jié)相互獨(dú)立的另一個(gè)好處是相互之間不會(huì)產(chǎn)生影響，安全性和可維護(hù)性較好。
    但這種工作方式的優(yōu)點(diǎn)卻帶來(lái)了它致命的缺陷，即節(jié)目大量上下載所帶來(lái)的時(shí)間浪費(fèi)，多次壓縮解壓和設(shè)備接口帶來(lái)的信號(hào)損失。
    我們舉例說(shuō)明。比如用戶編輯一小時(shí)的節(jié)目成片，需用兩個(gè)小時(shí)的節(jié)目素材，那么用戶就必須按照以下工作步驟進(jìn)行節(jié)目制作：首先用戶需花費(fèi)兩個(gè)小時(shí)用于節(jié)目素材上載。編輯完成后，花費(fèi)一小時(shí)的時(shí)間將節(jié)目下載到磁帶上。將節(jié)目磁帶送交播出機(jī)房，由播出機(jī)房花費(fèi)一小時(shí)時(shí)間將節(jié)目上載到播出服務(wù)器的存儲(chǔ)陣列中，編目用于播出。播出完成后的節(jié)目帶送到節(jié)目存儲(chǔ)系統(tǒng)中。不計(jì)編輯時(shí)間和節(jié)目磁帶送交所花費(fèi)的時(shí)間，一小時(shí)的節(jié)目從制作到播出，僅僅用于上下載的時(shí)間就需要四個(gè)小時(shí)，四倍于節(jié)目時(shí)長(zhǎng)。如果節(jié)目存儲(chǔ)系統(tǒng)也是基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的話，那么將花費(fèi)更多的時(shí)間在磁帶數(shù)據(jù)的上下載方面。
    這里需要說(shuō)明的是，雖然現(xiàn)在的有的廠商推出高速上載和傳輸設(shè)備，但對(duì)這種工作方式的幫助并不大�；�于SDTI接口的設(shè)備提供2~4倍的磁帶讀取速度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的只有2倍速傳輸接口，同時(shí)需要板卡或視頻服務(wù)器支持。由于受到磁頭技術(shù)及工藝的限制，磁帶類(lèi)設(shè)備的高速上載并無(wú)良好的前景，筆者認(rèn)為在磁帶的范疇內(nèi)討論高速上載其意義和前景不大。
    再來(lái)看看信號(hào)質(zhì)量的損失，一個(gè)節(jié)目上載到非線性節(jié)目編輯網(wǎng)絡(luò)，需要進(jìn)行一次編碼壓縮，比如說(shuō)壓縮成MPEG-2全I(xiàn)幀50Mbps或30Mbps碼流的視頻文件，用于后期編輯。節(jié)目后期編輯工作完成后，需將視頻文件解壓縮成SDI或模擬分量\復(fù)合信號(hào)下載磁帶上，由專(zhuān)人將磁帶送交到播出機(jī)房，壓縮成MPEG-2 長(zhǎng)GOP 8 Mbps或相近碼流的視頻文件，上載到播出服務(wù)器的存儲(chǔ)硬盤(pán)陣列存儲(chǔ)，解碼后用于播出。另外信號(hào)每過(guò)一次錄像機(jī)設(shè)備就要經(jīng)過(guò)一次編解碼過(guò)程，其多次編解碼和由于上下載接口所帶來(lái)的信號(hào)質(zhì)量下降不可避免。以使用SDI接口的錄像機(jī)為例，如圖-3所示。
    可以看出，在單純的制播網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境中一個(gè)節(jié)目從素材到成片，從編輯到播出，需要四倍于節(jié)目時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間用于上下載工作，經(jīng)過(guò)三次編碼和四次解碼，三次使用SDI信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)。而這些時(shí)間、人力和設(shè)備資源投入的大量消耗，僅僅是為了實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)傳輸。而多次的壓縮編解碼和設(shè)備接口也會(huì)帶來(lái)信號(hào)質(zhì)量不可避免的損失。以上所述還未包括節(jié)目存儲(chǔ)和媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)，對(duì)節(jié)目存儲(chǔ)和媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)可能帶給整個(gè)制播環(huán)節(jié)的影響尚未考慮在內(nèi)。

    從整體上來(lái)看，在這種方式下工作，數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的集中、共享、設(shè)備資源消耗少和高效的優(yōu)勢(shì)，在網(wǎng)絡(luò)間大量利用磁帶上下載的過(guò)程中幾乎消失殆盡。
    對(duì)于使用磁帶作為數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交互的方式而言，使用數(shù)據(jù)流作為網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交互的方式更加理想一些。
    下面仍然以節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)播出系統(tǒng)連接傳遞節(jié)目數(shù)據(jù)為例，說(shuō)明如何采用流的方式進(jìn)行不同數(shù)據(jù)視頻網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交互。
    筆者參與過(guò)這樣一個(gè)工程：為了解決非線性新聞制作網(wǎng)絡(luò)向播出機(jī)房傳送節(jié)目的問(wèn)題，在非線性新聞節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和播出機(jī)房的播出服務(wù)器之間，設(shè)計(jì)并架設(shè)了一條SDI通道。這其實(shí)上是視頻網(wǎng)絡(luò)之間交換數(shù)據(jù)的第二種方式，采用流的方式傳送數(shù)據(jù)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖-4所示。

    在這種工作方式中，上傳工作站是網(wǎng)絡(luò)里的一個(gè)有卡工作站，可以回放編輯完成的節(jié)目成片。采集控制工作站是硬盤(pán)播出系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)目上載控制站點(diǎn)，它可以控制視頻采集通道矩陣中某個(gè)通道的工作狀態(tài)。我們分別在上傳工作站和采集控制工作站上安裝以太網(wǎng)卡，使用雙絞線，利用TCP/IP協(xié)議建立了一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制流通道。利用視頻線在上傳工作站和硬盤(pán)播出系統(tǒng)的采集工作站之間建立了一個(gè)SDI數(shù)據(jù)流通道。這種連接方式在某種意義上來(lái)說(shuō)有點(diǎn)兒類(lèi)似遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)。
    在節(jié)目制作完成之后，節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)通過(guò)上傳工作站的控制流通道向遠(yuǎn)端的采集控制工作站發(fā)送上傳請(qǐng)求和所需上傳的節(jié)目信息，并準(zhǔn)備開(kāi)始回放制作完成的節(jié)目；采集控制工作站得到請(qǐng)求后檢測(cè)視頻采集通道的工作狀態(tài)是否正常，如檢測(cè)正�？梢赃M(jìn)行采集，就開(kāi)啟視頻采集通道的采集功能，根據(jù)節(jié)目信息進(jìn)行節(jié)目采集，同時(shí)通過(guò)控制通道返回應(yīng)答信號(hào)；上傳工作站在接到應(yīng)答信號(hào)后開(kāi)始回放節(jié)目，通過(guò)SDI流傳送到視頻采集通道進(jìn)行節(jié)目上傳；視頻采集通道結(jié)束采集工作后，采集控制工作站返回結(jié)束信號(hào)給上傳工作站，結(jié)束上傳工作。
    這種工作方式的最大好處是在工作流程中去掉了磁帶這個(gè)中間環(huán)節(jié)，節(jié)省了大量的上下載時(shí)間和送磁帶所消耗的人力物力，并且減少了編解碼環(huán)節(jié)和錄像機(jī)設(shè)備接口對(duì)信號(hào)質(zhì)量的損傷。如圖-5所示。

    從圖-5可以看出，這種工作方式比使用磁帶的工作方式減少了一次節(jié)目下載時(shí)間，一次編碼過(guò)程和一次解碼過(guò)程，并且免去了磁帶的人手傳遞，減少了接口設(shè)備可能對(duì)節(jié)目數(shù)據(jù)的影響。相對(duì)與使用磁帶的方式大大提高了工作的效率。
    但這種工作方式還是具有明顯的缺陷：在這種工作方式下采集和傳送必須同時(shí)進(jìn)行，其數(shù)據(jù)交換過(guò)程不可中斷，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中如有錯(cuò)誤必須從頭重新進(jìn)行，靈活性較差；數(shù)據(jù)傳輸依然是實(shí)時(shí)進(jìn)行，無(wú)法進(jìn)行高速傳輸；傳輸節(jié)目時(shí)必須完全占用硬盤(pán)播出系統(tǒng)的一個(gè)視頻采集通道。
    其它使用數(shù)據(jù)流的方式在不同的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)的工程，具體設(shè)備、接口和控制方式可能有所不同，但工作模式應(yīng)和上述節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)播出系統(tǒng)的連接相同或相似。可以看出采用流方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間傳輸數(shù)據(jù)，就像使用電話一樣，首先建立握手關(guān)系，然后獨(dú)占通道和時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
這種方式還有一個(gè)好處，就是使用統(tǒng)一的通道傳輸數(shù)據(jù)，不用理會(huì)通道兩端的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何。比如在SDI通道作為數(shù)據(jù)流通道的前提下，我們使用的節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)播出系統(tǒng)可以采用完全不同的數(shù)據(jù)壓縮方式，無(wú)論是M-JPEG、MPEG-2還是DVC50，只要提供SDI接口即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸。
    這里牽扯出另外一個(gè)問(wèn)題，如果兩個(gè)數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)采用同樣的數(shù)據(jù)壓縮結(jié)構(gòu)，我們還需要通過(guò)SDI這樣的接口嗎？
    這個(gè)問(wèn)題可以由數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)的第三種方式來(lái)解答，即使用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)。
    使用文件方式傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)，一個(gè)重要的前提是傳輸雙方的數(shù)據(jù)文件壓縮格式可以為對(duì)方所識(shí)別。這看起來(lái)并不難達(dá)到，因?yàn)榇蟛糠忠曨l廠商都提供M-JPEG、MPEG2、DVC25、DVC50等主流的壓縮格式，但實(shí)際在工程中不同廠商的不同產(chǎn)品，甚至同一廠商不同系列的產(chǎn)品，其文件格式都不兼容。
    下面我們先介紹如何利用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢(shì)和不足，然后對(duì)如何解決基于不同文件格式的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)之間交互數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
    以本文開(kāi)始所描述的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，對(duì)采用文件方式在視頻網(wǎng)絡(luò)間傳送節(jié)目素材進(jìn)行分析。我們?nèi)匀灰怨?jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和播出機(jī)房的連接為例，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)工程方案，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖-6所示。
    我們假設(shè)該工程中節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)播出服務(wù)系統(tǒng)使用的是同種壓縮格式，即均為MPEG-2或DVC50，并且節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)可以提供符合播出要求碼流的壓縮文件，例如MPEG2 8M碼流的長(zhǎng)GOP文件（很多視頻板卡都可以根據(jù)用戶需求提供不同碼流的數(shù)據(jù)文件）。
    這種工作模式實(shí)質(zhì)上是在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間建立高速數(shù)據(jù)傳輸通道（光纖或千兆以太），利用TCP/IP協(xié)議組中的FTP(文件傳輸協(xié)議)在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間以文件方式傳輸視頻數(shù)據(jù)。

    在我們?cè)O(shè)計(jì)的節(jié)目網(wǎng)和硬盤(pán)播出服務(wù)器的連接方案中，使用一臺(tái)帶有FC接口和告訴FTP接口（光纖或千兆以太接口）的計(jì)算機(jī)設(shè)備作為節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。使用光纖網(wǎng)卡或千兆以太接口與硬盤(pán)播出系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接。在該網(wǎng)關(guān)（即上傳工作站）上建立一個(gè)FTP服務(wù)器。硬盤(pán)播出系統(tǒng)通過(guò)FTP登陸的方式訪問(wèn)該網(wǎng)關(guān)，將節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的，可以為硬盤(pán)播出系統(tǒng)所識(shí)別的，滿足播出要求的視音頻文件拷貝到播出服務(wù)器的硬盤(pán)存儲(chǔ)陣列中，經(jīng)過(guò)編目加入播出列表程序后用于播出。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)流程如圖-7所示。

    由圖-7可以看出，使用文件方式進(jìn)行數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間節(jié)目數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)質(zhì)上是將節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)目數(shù)據(jù)文件直接用于播出。這種方式比采用流方式可以減少一次編碼解碼的過(guò)程，而且由于是文件到文件的傳輸方式，可以完全排除外界因素對(duì)視頻信號(hào)質(zhì)量的影響。

    采用FTP文件方式傳輸數(shù)據(jù)，可以完全根據(jù)通道的數(shù)據(jù)流量來(lái)考慮傳輸時(shí)間，而不需要根據(jù)具體節(jié)目或視頻文件的時(shí)長(zhǎng)，以千兆網(wǎng)卡為例，1000Mbps速度傳輸8M碼流的MPEG-2長(zhǎng)GOP，理論狀態(tài)下滿通道占用可以達(dá)到1000/8=125倍的傳輸速度，即1小時(shí)的節(jié)目需要半分鐘左右就可以傳輸完畢。當(dāng)然這是一種理論狀態(tài)，工程中涉及到網(wǎng)絡(luò)連接的實(shí)際傳輸速率，文件的結(jié)構(gòu)、磁盤(pán)讀寫(xiě)速度等因素使傳輸速度不可能達(dá)到上述理論狀態(tài)，但對(duì)于以8M碼流的視頻文件而言，至少可以達(dá)到20~30倍的傳輸速率，即1小時(shí)時(shí)長(zhǎng)的節(jié)目在2~3分鐘之內(nèi)可以傳輸完畢。同時(shí)在一個(gè)通道內(nèi)可以傳輸多個(gè)節(jié)目文件。另外該方式還有一個(gè)好處，幾乎所有的FTP服務(wù)軟件均支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能，這樣就可以避免出現(xiàn)流方式傳輸時(shí)遇到錯(cuò)誤必須從頭重新傳輸?shù)膯?wèn)題。

    這種工作方式在工程比使用流方式傳輸視頻更容易實(shí)現(xiàn)。流文件傳輸需要編寫(xiě)建立雙方專(zhuān)有的通訊軟件，采用握手的方式交互數(shù)據(jù)，就像電話一樣，一方不接聽(tīng)雙方就不能通話。而對(duì)于文件方式傳輸只需在發(fā)送方建立一個(gè)FTP服務(wù)器目錄，將所需要傳輸?shù)囊曨l文件放進(jìn)目錄里，接受方根據(jù)需要，自由選擇時(shí)間從該文件目錄中獲取文件，這種方式和從互聯(lián)網(wǎng)上下載文件是完全相同的。在本文所舉工程例子中，節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)可以采用一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)作為FTP服務(wù)器。FTP服務(wù)器軟件幾乎所有的操作系統(tǒng)都提供支持，例如Windows 2000中就自帶IIS系列的FTP服務(wù)器。對(duì)于硬盤(pán)播出系統(tǒng)可以使用其異步接口板卡或部件作為網(wǎng)關(guān)，如Pinnacle MediaStream系列視頻服務(wù)器使用Mediastream connectplus部件作為其千兆異步接口,支持標(biāo)準(zhǔn)的FTP協(xié)議，而SONY的MAV-70、MAV-555系列服務(wù)器也可以通過(guò)分別加配BKMA-7045和BKMA-550板卡提供千兆異步接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的FTP協(xié)議。在這種工作模式下，節(jié)目網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)播出系統(tǒng)均不需要對(duì)自己內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和管理方式進(jìn)行改造，只需要通過(guò)千兆異步接口，采用文件到文件的方式傳輸視頻素材即可。

    我們下面可以采用表格的方式對(duì)上述三種數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間節(jié)目數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行對(duì)比。我們選用三種不同壓縮碼率的節(jié)目視頻文件作為對(duì)比的參照，以上述節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)向硬盤(pán)播出系統(tǒng)傳送節(jié)目為例，從上載到播出各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行比照。

    假設(shè)節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)可以提供MPEG-2 全I(xiàn)幀 50 Mbps碼流、MPEG-2 全I(xiàn)幀 30 Mbps碼流和MPEG-2 IBBP幀 8 Mbps碼流三種壓縮格式的視頻節(jié)目成品文件，以上文件均可為硬盤(pán)播出系統(tǒng)所識(shí)別和使用。

    表-1現(xiàn)顯三種傳輸方式在傳輸各個(gè)環(huán)節(jié)的特性，表-2對(duì)比了三種不同的MPEG-2壓縮方式在三種傳輸方式下各自的特性參數(shù)。

表-1：

通道類(lèi)型 使用錄像機(jī)上下載次數(shù) 使用SDI信號(hào)次數(shù) 編解碼次數(shù) 傳輸速度是否可變 是否需要手工干預(yù) 可否共用傳輸通道 傳輸速度與壓縮方式是否有關(guān) 磁帶方式傳輸數(shù)據(jù) SDI接口錄像機(jī) 3次 3次 7次 否 是 是 否 流方式傳輸數(shù)據(jù) SDI通道 1次 2次 5次 否 否 否 否 文件方式傳輸數(shù)據(jù) 千兆以太（光纖） 1次 1次 3次 是 否 是 是

表-2 ：

壓縮方式 碼流 節(jié)目視頻文件大小/每小時(shí) 通道方式 通道帶寬 理論每小時(shí)節(jié)目傳輸時(shí)間 實(shí)際每小時(shí)節(jié)目傳輸時(shí)間 磁帶方式 流方式 文件方式 磁帶方式 流方式 文件方式 磁帶方式 流方式 文件方式 磁帶方式 流方式 文件方式 MPEG-2 全I(xiàn)幀 50Mbps 22.5GB 人工 SDI 千兆以太 無(wú) 270Mbps 1000Mbps 2小時(shí) 1小時(shí) 180秒 遠(yuǎn)大于2小時(shí) 接近1小時(shí) 400秒 MPEG-2 全I(xiàn)幀 30 Mbps 13.5GB 人工 SDI 千兆以太 無(wú) 270Mbps 1000Mbps 2小時(shí) 1小時(shí) 180秒 遠(yuǎn)大于2小時(shí) 接近1小時(shí) 240秒 MPEG-2 IBBP幀 8Mbps 3.6GB 人工 SDI 千兆以太 無(wú) 270Mbps 1000Mbps 2小時(shí) 1小時(shí) 29秒 遠(yuǎn)大于2小時(shí) 接近1小時(shí) 64秒

注:1文件大小的計(jì)算方法為 文件大小≈碼流Mb/s×60s×60÷8B/b
2文件大小的計(jì)算忽略了相對(duì)數(shù)據(jù)量很小的文件包裝數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)
3理論傳輸時(shí)間根據(jù)1000Mbps帶寬計(jì)算,實(shí)際傳輸時(shí)間根據(jù)實(shí)際450Mbps速率計(jì)算。

表-2

    由以上兩個(gè)表格可以清楚地看到這采用這三種工作方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)的各自特點(diǎn)，而采用文件方式與前兩種方式對(duì)比，具有傳輸環(huán)節(jié)少、速率快、靈活性強(qiáng)、可以同時(shí)執(zhí)行多任務(wù)，信號(hào)損失少及工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等多種優(yōu)勢(shì)。

    既然采用文件方式的優(yōu)勢(shì)如此明顯，那我們所有的所有視頻網(wǎng)絡(luò)都通過(guò)這種節(jié)目方式傳輸節(jié)目或視頻不就完了？但問(wèn)題也并非如此簡(jiǎn)單，我們希望再通過(guò)一個(gè)工程例子來(lái)說(shuō)明采用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)所面對(duì)的問(wèn)題，并探討解決方案的可行性。

    該例子是一個(gè)已經(jīng)產(chǎn)品化的集中上載的工程。節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益膨脹導(dǎo)致單機(jī)上載的工作模式已經(jīng)無(wú)法滿足大電視臺(tái)的胃口了，所以集中上載作為制作網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)功能需求被提了出來(lái)。該工程在本質(zhì)上其實(shí)就是一個(gè)采用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)的范例，它所面對(duì)的問(wèn)題和解決方案在某個(gè)層面上反映了我們想要探討的，使用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)所需解決的問(wèn)題。

該工程方案如下：

    該方案的工作原理是利用帶存儲(chǔ)單元的多通道視頻服務(wù)器，作為集中上載的第一個(gè)環(huán)節(jié)，視頻輸入通道分別與錄像機(jī)、攝像機(jī)等傳統(tǒng)前期節(jié)目相連。錄制控制工作站通過(guò)422控制矩陣控制視頻服務(wù)器的輸入通道進(jìn)行節(jié)目素材上載，以視頻服務(wù)器所提供的視頻文件格式存儲(chǔ)在服務(wù)器本機(jī)存儲(chǔ)單元內(nèi)。視頻服務(wù)器利用千兆異步接口通過(guò)網(wǎng)關(guān)與千兆以太交換機(jī)連接，利用標(biāo)準(zhǔn)的FTP協(xié)議將服務(wù)器內(nèi)的視頻文件通過(guò)轉(zhuǎn)碼工作站傳輸至節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)的硬盤(pán)存儲(chǔ)陣列中，提供給編輯環(huán)境進(jìn)行編輯制作工作。轉(zhuǎn)碼工作站是一臺(tái)帶有千兆以太及FC接口的高性能計(jì)算機(jī)，視頻文件通過(guò)千兆以太接口進(jìn)入轉(zhuǎn)碼工作站，經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)FC端口輸出至節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)的硬盤(pán)存儲(chǔ)陣列。轉(zhuǎn)碼工作站所做得工作是在視頻文件的拷貝過(guò)程中改變文件的格式，將視頻文件由視頻服務(wù)器所支持的文件格式轉(zhuǎn)換為編輯環(huán)境所識(shí)別和可使用的視頻文件格式。

    這種工作方式建立后，具有極強(qiáng)的靈活性。傳統(tǒng)使用SDI、模擬復(fù)合分量接口的設(shè)備可以使用視頻服務(wù)器連接上載，而對(duì)提供千兆以太接口的設(shè)備，如硬盤(pán)錄像機(jī)、SONY的e-VTR及基于文件系統(tǒng)的藍(lán)光盤(pán)攝錄設(shè)備，都可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的千兆以太接口和集中上載系統(tǒng)中的千兆交換機(jī)連接，通過(guò)422控制或以太網(wǎng)絡(luò)和控制環(huán)節(jié)連接�？梢苑奖愕睦�用FTP方式進(jìn)行高速文件上載的工作，并且在加入這些設(shè)備時(shí)，對(duì)集中上載的系統(tǒng)配置和控制操作無(wú)需進(jìn)行大的調(diào)整或更改。

    也許有人會(huì)問(wèn)：如果大家都使用同樣的壓縮方式，那為什么還要使用轉(zhuǎn)碼工作站？使用文件到文件的直接拷貝，把視頻服務(wù)器的文件拿來(lái)，直接拷貝到節(jié)目存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的硬盤(pán)存儲(chǔ)陣列中使用不是更有效率？這個(gè)看似有點(diǎn)兒可笑的問(wèn)題，卻引出了利用視頻服務(wù)器集中上載工程方案，或者說(shuō)是使用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行節(jié)目數(shù)據(jù)傳輸所需面對(duì)的最大困難：即不同的廠商提供的視頻文件格式互不兼容。

    所有的視頻產(chǎn)品服務(wù)商都不買(mǎi)別人的帳，我的服務(wù)器有我自己的文件格式，你的板卡有你的專(zhuān)用板卡文件格，即使大家都具有相同的壓縮方式，彼此的視頻文件也互不兼容。更有甚者，有時(shí)候同一廠商不同系列的產(chǎn)品采用的文件格式也都互不兼容。比如上述工程如果使用的SONY的MAV系列視頻服務(wù)器，采用MPEG-2 全I(xiàn)幀 50 Mbps碼流壓縮方式。編輯環(huán)境使用的Matorx Digisuite DTV系列的板卡，雖然DTV板卡本身即支持MPEG-2 全I(xiàn)幀 50 Mbps碼流壓縮方式，我們?nèi)匀恍枰獙�SONY的文件格式轉(zhuǎn)換為Matrox 所支持的文件格式，。這種文件格式的轉(zhuǎn)化其實(shí)并不涉及到MPEG-2的重新編碼和解碼，只是將文件的包裝格式和標(biāo)示標(biāo)志進(jìn)行改變，重新打包，使之可以為Matrox Digisuite DTV板卡所識(shí)別和使用。如圖-9所示。

    由圖可以看出，在轉(zhuǎn)碼過(guò)程中對(duì)視頻數(shù)據(jù)部分（包括音頻部分）未作任何改動(dòng)，只是對(duì)視頻文件的文件包裝格式進(jìn)行了改變。視頻文件依然采用的是FTP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，在數(shù)據(jù)遷移的過(guò)程中將視頻文件的一些標(biāo)志性參數(shù)和格式進(jìn)行了更換。這項(xiàng)工作從實(shí)際工程方面相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單，其面對(duì)的主要問(wèn)題是廠商對(duì)自有文件包裝格式的開(kāi)放問(wèn)題。我們從工程上可以從兩個(gè)方面考慮努力解決這個(gè)問(wèn)題：

一、 建立統(tǒng)一的視頻文件格式。

    這個(gè)方向當(dāng)然是最理想的工作方式。所有的文件都采用通用的文件格式，無(wú)需轉(zhuǎn)碼就可以為不同廠商的設(shè)備所識(shí)別和使用。那么轉(zhuǎn)碼工作站就沒(méi)有存在的必要了，直接采用文件到文件拷貝的方式既可。但實(shí)際上這項(xiàng)工作的難度很大，涉及到標(biāo)準(zhǔn)的制定，廠商相互的利益因素，所以最理想的方式也是最難實(shí)現(xiàn)的方式。

二、 不同廠商的設(shè)備相互識(shí)別對(duì)方的文件格式。

    這是個(gè)退而求其次的方式，我們沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但我們可以相互識(shí)別對(duì)方的標(biāo)準(zhǔn)。你的文件可以為我所用，我的文件也可以為你所用。但這種方式依然收到廠商相互利益的制約。

    所以在現(xiàn)有的環(huán)境下，轉(zhuǎn)碼作為數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間采用FTP交互數(shù)據(jù)的中介，是解決不同文件格式的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)之間節(jié)目數(shù)據(jù)交換問(wèn)題比較理想的解決方案。

    很多視頻廠商也開(kāi)始注意到了使用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)越性，開(kāi)始考慮文件的兼容問(wèn)題，并且在硬件上提供千兆以太的接口和FTP的協(xié)議。比如SONY的MAV系列服務(wù)器均提供千兆異步接口，PINNACLE 提供MediaStream connectplus設(shè)備作為MediaStream系列服務(wù)器的千兆以太接口；MPEG IMX系列錄像機(jī)可通過(guò)加裝備卡提供千兆接口升級(jí)為網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)e-VTR，e-VTR網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)在應(yīng)用中就是在網(wǎng)絡(luò)中使本機(jī)成為一個(gè)FTP服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)上其他的節(jié)點(diǎn)通過(guò)FTP的方式傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)。

    采用文件方式在衛(wèi)星節(jié)目傳輸上也已經(jīng)有了很好的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)不少節(jié)目制作公司通過(guò)衛(wèi)星將已經(jīng)完成的節(jié)目視頻文件傳輸給電視臺(tái)接受終端，由終端解壓縮后下載或編輯，而不是通過(guò)傳統(tǒng)的直接解碼輸出流的方式經(jīng)直接錄制到錄像帶上。

    如圖-10。接收終端是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它帶有一塊TS流接收板卡和一塊視頻解壓縮板卡，視頻壓縮卡的種類(lèi)取決于所傳輸?shù)囊曨l文件的壓縮的方式（MPEG-2、MPEG-4）。TS流接收板卡可以接受衛(wèi)星TS流，將節(jié)目視頻文件從TS流中解出后存儲(chǔ)在本地硬盤(pán)中。存儲(chǔ)完成后，用戶可以根據(jù)需要隨意選擇時(shí)間通過(guò)視頻解壓縮板卡輸出節(jié)目視頻。

    我們可以看出，這種傳輸方式實(shí)質(zhì)上和本文前面所說(shuō)的節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)播出系統(tǒng)連接傳輸數(shù)據(jù)的方式是一模一樣，都是通過(guò)文件到文件的方式傳輸節(jié)目素材視頻文件。我們?nèi)绻�在該工作站點(diǎn)上加裝一塊千兆以太板卡，通過(guò)網(wǎng)關(guān)和其他的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)連接，就可以省去節(jié)目下載到磁帶這一步驟，又可以節(jié)省人力、時(shí)間和設(shè)備資源，大大的提高工作效率。

    現(xiàn)在我們可以回頭看看本文開(kāi)始時(shí)所提出的問(wèn)題，在一個(gè)制播環(huán)境中，不同的數(shù)字系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)備環(huán)節(jié)如何相互交換數(shù)據(jù)。我們可以采用以下的方式。

    通過(guò)交換機(jī)設(shè)備將各自分割、功能獨(dú)立的制播環(huán)節(jié)連接起來(lái)，使用文件到文件的方式，通過(guò)高速通道交互節(jié)目數(shù)據(jù)，在保持各個(gè)環(huán)節(jié)功能和控制獨(dú)立的情況下，達(dá)到資源的共享和系統(tǒng)擴(kuò)展，提高工作效率。

總結(jié)

    千兆以太、FTP這些技術(shù)在IT業(yè)中已經(jīng)研究多年，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，市場(chǎng)上也有了很多性能價(jià)格比非常好的產(chǎn)品。本文所述的幾個(gè)工程方案，在網(wǎng)絡(luò)連接方面的投入是非常少的，與視頻領(lǐng)域內(nèi)動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)、上百萬(wàn)的高端設(shè)備不可同日而語(yǔ)。而基于這種技術(shù)的采用文件方式在數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)的工作方式，更由于其工作方式簡(jiǎn)單，投入少，可維護(hù)性好及具有成熟的技術(shù)支持等優(yōu)勢(shì)必將成為數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)間交互數(shù)據(jù)的主流方式。同時(shí)我們想通過(guò)本文像讀者表明這樣一個(gè)觀點(diǎn)：在視頻領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展中，如何利用其它領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)成熟和普及的技術(shù)，如FTP技術(shù)、硬盤(pán)陣列、光盤(pán)技術(shù)等，為新興的高端數(shù)字視頻設(shè)備所利用和開(kāi)發(fā)，從而達(dá)到事半功倍的效果，是一個(gè)非常值得我們認(rèn)真探討的問(wèn)題。

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