通信學(xué)論文-電視節(jié)目的存儲(chǔ)及管理.doc

通信學(xué)論文-電視節(jié)目的存儲(chǔ)及管理前言電視臺(tái)對(duì)電視節(jié)目的存儲(chǔ)目前主要還是采用傳統(tǒng)的磁帶存儲(chǔ)方式，這種原始的方式有很多的弊端：易損，占地大，成本高，難于重新使用。更重要的是難于長(zhǎng)期保存，通常在滿足磁帶保存環(huán)境的要求下，磁帶的壽命一般在10年左右，到期只能淘汰，再也不能使用。另外，對(duì)于長(zhǎng)期積存的磁帶，各電視臺(tái)也沒(méi)有非常有效的管理工具去管理，開(kāi)發(fā)，利用這些越積越多的資源，記者與節(jié)目制作人員盡管知道臺(tái)里有豐富的資料，卻由于難于查找所需的節(jié)目，而放棄使用這些幾乎免費(fèi)的資源素材，更不用說(shuō)向社會(huì)開(kāi)放這些資源，滿足日益發(fā)展的電視節(jié)目資源的全球化共享。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與視頻技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)壓縮方式，高速寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以及大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，而且國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的超前發(fā)展也給電視臺(tái)節(jié)目擋案的網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)，查詢，共享，交流提供了可能。寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及視音頻壓縮技術(shù)的成熟，為電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化鋪平了道路，今后傳統(tǒng)意義上的電視節(jié)目制作，播出設(shè)備及帶庫(kù)管理將逐步向多媒體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過(guò)渡，網(wǎng)絡(luò)所具有的高效率與靈活性等優(yōu)勢(shì)，會(huì)充分體現(xiàn)在電視臺(tái)的節(jié)目傳輸，分配，制作，播出及存儲(chǔ)領(lǐng)域。今天，越來(lái)越多的電視臺(tái)裝配了基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)的非線性編輯設(shè)備，新聞制作網(wǎng)及自動(dòng)化播出設(shè)備，但是作為實(shí)現(xiàn)共享的數(shù)據(jù)源節(jié)目資源的存儲(chǔ)及管理卻還停留在早期磁帶庫(kù)階段，究其原因，雖可舉出種種理由，但無(wú)庸諱言的是該環(huán)節(jié)已阻礙了現(xiàn)代化的視頻資源共享方式的展開(kāi)。本文就是想在這方面做一些積極的探索。一.電視節(jié)目的存儲(chǔ)1.存儲(chǔ)方式的選擇電視臺(tái)所存儲(chǔ)的內(nèi)容以視音頻素材為主，在選擇存儲(chǔ)方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮過(guò)去，現(xiàn)在，將來(lái)已經(jīng)使用或?qū)⒁褂玫姆绞?，選擇高質(zhì)量，高效率，便于利用的方式存儲(chǔ)各種不同類型數(shù)據(jù)。圖1給出了電視臺(tái)的節(jié)目生產(chǎn)流程。在專業(yè)視頻應(yīng)用領(lǐng)域，不管是壓縮還是非壓縮，大都集中在分量格式領(lǐng)域，因此在做格式選擇時(shí)要特別注意。根據(jù)具體應(yīng)用情況，不同階段選用相適應(yīng)的信號(hào)格式，使整個(gè)生產(chǎn)流程平滑過(guò)渡，盡量減少信號(hào)轉(zhuǎn)換造成的損失，以達(dá)到最佳質(zhì)量效果。若信號(hào)采用不壓縮方式記錄存儲(chǔ)，信號(hào)質(zhì)量最好，無(wú)損失。但存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量非常大，以1小時(shí)無(wú)壓縮數(shù)字視頻信號(hào)D1計(jì)算，其數(shù)據(jù)量就達(dá)100GB以上，對(duì)電視臺(tái)數(shù)以萬(wàn)計(jì)盤(pán)的磁帶來(lái)說(shuō)，如此龐大的數(shù)據(jù)量會(huì)使存儲(chǔ)成本，管理費(fèi)用及日維護(hù)費(fèi)用非常高。隨著壓縮技術(shù)的成熟，由壓縮所帶來(lái)的信號(hào)損失也越來(lái)越小，已完全達(dá)到了制作及播出要求，因此選擇適合的壓縮技術(shù)和格式，對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮后再存儲(chǔ)，降低存儲(chǔ)成本是必然的選擇。3、圖像質(zhì)量足夠高，滿足記錄重放復(fù)用的要求。7、壓縮效率高，在保證圖像質(zhì)量的前提下，降低存儲(chǔ)成本和維護(hù)費(fèi)用，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力。9、較好的兼容性。兼容HDTV和DTV等數(shù)字電視的飛速發(fā)展，壓縮格式應(yīng)較易向數(shù)字電視過(guò)渡且損失較小。12、良好的互操作性，壓縮格式必須可應(yīng)用于節(jié)目制作及傳輸播出的全過(guò)程，以減少格式轉(zhuǎn)換帶來(lái)的損失。13、較長(zhǎng)的技術(shù)生命周期。MPEG-2是目前全球電視行業(yè)都普遍接受的專業(yè)視音頻信號(hào)壓縮格式。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信號(hào)傳輸中，且在高清晰度電視，數(shù)字電視中也已采用了MPEG-2壓縮技術(shù)，同時(shí)MPEG-2在前期素材采集，后期節(jié)目制作領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)也在不斷發(fā)展成熟。利用存儲(chǔ)的節(jié)目進(jìn)行二次編輯時(shí)，無(wú)論何種壓縮格式，一般均要求采用4：2：2取樣格式，因?yàn)?；1：1或4：2：0取樣格式做二次編輯時(shí)，色度還原性較差。對(duì)于現(xiàn)存的JPEG，M-JPEG和MPEG-2壓縮方式而言，只有I幀的MPEG-2實(shí)際上與JPEG編碼相仿，兩者均采用DCT（離散余弦變換）算法，但兩者在內(nèi)部處理上有所不同，MPEG-2更加專注于視頻信號(hào)的處理，而JPEG對(duì)圖片處理?yè)碛懈蟮撵`活性，而對(duì)于電視編輯人員及眾多電視觀眾，這種靈活性對(duì)他們是沒(méi)有意義的。MPEG-2在處理單幀視頻信號(hào)的壓縮效率稍高于JPEG約15%-20%左右，由于兩者壓縮算法不完全相同，當(dāng)由M-JPEG轉(zhuǎn)換為MPEG-2時(shí)，不單要進(jìn)行再壓縮，同時(shí)還要進(jìn)行壓縮格式轉(zhuǎn)換，這種格式的級(jí)連轉(zhuǎn)換會(huì)造成較大損傷，而對(duì)于MPEG-2之間格式轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，I幀不必再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，僅需進(jìn)行再壓縮即可，因此損失比MPEG與JPEG之間轉(zhuǎn)換小，這就是整個(gè)鏈路最好采用一種格式的原因。由于目前技術(shù)條件的限制，長(zhǎng)GOP結(jié)構(gòu)的MPEG-2做編輯尚不成熟，但只有I幀或IB幀的GOP結(jié)構(gòu)的編輯技術(shù)已步入實(shí)用階段，隨著逐幀MPEG-2編輯技術(shù)的逐步完善，從素材采集一直到存儲(chǔ)播出整個(gè)鏈路均采用MPEG-2一種大格式成為可能。在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，采用不同的“級(jí)”和“類”組合，配以合適的碼率，可滿足不同的使用要求，如在采集，編輯，制作階段采用只有I幀和IB幀的短GOP結(jié)構(gòu)組合的MPEG-24：2：2編碼方式，碼率選擇30-50Mb/s，重點(diǎn)保證編輯質(zhì)量與編輯精度；傳輸播出時(shí)可根據(jù)使用場(chǎng)合要求的不同選用有IBP幀的GOP（12幀）結(jié)構(gòu)組合的MPEG-24：2：2或4：2：0編碼方式，碼率選擇4-10Mb/s的低碼率；存儲(chǔ)時(shí)也可采用長(zhǎng)GOP結(jié)構(gòu)的MPEG-24：2：2編碼方式，碼率選擇15-20Mb/s。這樣一來(lái)，整個(gè)鏈路均采用MPEG-2一種格式，最大限度的減少了由于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換帶來(lái)的圖像質(zhì)量劣化，使系統(tǒng)組合更為合理統(tǒng)一。2.存儲(chǔ)介質(zhì)的比較計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，也使其擁有的成熟技術(shù)及先進(jìn)理念，迅速滲透進(jìn)其他行業(yè)與領(lǐng)域，存儲(chǔ)技術(shù)就是如此。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)是由內(nèi)存，硬盤(pán)及輔助海量存儲(chǔ)器（硬盤(pán)陣列，光盤(pán)庫(kù)，數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)）構(gòu)成。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，大中小型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)配備不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。我們知道各種存儲(chǔ)介質(zhì)有其各自不同的特點(diǎn)和適用范圍，其容量，性能，價(jià)格關(guān)系構(gòu)成一金字塔結(jié)構(gòu)，如圖2所示，塔尖為內(nèi)存即芯片級(jí)存儲(chǔ)，以下依次為硬盤(pán)，光盤(pán)，數(shù)據(jù)流磁帶。內(nèi)存由于是芯片級(jí)的存儲(chǔ)，完全為計(jì)算機(jī)CPU專用，不能用于大容量視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，本文不再詳述。下面重點(diǎn)對(duì)其他幾種介質(zhì)的性能，價(jià)格及其在電視領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行分析比較。2.1硬盤(pán)硬盤(pán)在計(jì)算機(jī)的硬件配置中是不可缺少的部分，主要用于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，程序，軟件的存儲(chǔ)。硬盤(pán)的容量決定于盤(pán)片數(shù)與面密度，問(wèn)題是盤(pán)片數(shù)的增加會(huì)使硬盤(pán)體積增厚。目前高端硬盤(pán)產(chǎn)品SCSI硬盤(pán)采用的是正反面都記錄的多盤(pán)片結(jié)構(gòu)，都有磁頭用于數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，存儲(chǔ)密度可以達(dá)到每盤(pán)片1820MB。硬盤(pán)的數(shù)據(jù)傳輸分為CPU通過(guò)總線在內(nèi)存與硬盤(pán)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以及硬盤(pán)管理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)磁頭尋道并將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭氡P(pán)片。其中后者是決定硬盤(pán)總體數(shù)據(jù)傳輸率的關(guān)鍵。SCSI硬盤(pán)的最小尋道時(shí)間為6.5ms。至于CPU與SCSI硬盤(pán)之間的數(shù)據(jù)傳輸率目前已能達(dá)到80MB/s，而且傳輸距離也可達(dá)到12m（采用68芯或50芯扁平電纜）。盡管單個(gè)SCSI硬盤(pán)的容量與數(shù)據(jù)傳輸率已相當(dāng)可觀，但為了支持海量存儲(chǔ)，業(yè)界一直在研究開(kāi)發(fā)獨(dú)立硬盤(pán)陣列冗余技術(shù)即RAID技術(shù)，將多個(gè)SCSI硬盤(pán)做為一個(gè)邏輯硬盤(pán)，保證大型數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的整體性。RAID技術(shù)是目前提高硬盤(pán)陣列速度和冗余的主要手段。硬盤(pán)雖然具有讀寫(xiě)速度快，數(shù)據(jù)容量大的特點(diǎn)，但是是否就適應(yīng)于電視臺(tái)的各個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)目信息存儲(chǔ)呢？做個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以得出結(jié)論：以中型電視臺(tái)10萬(wàn)盤(pán)磁帶的存儲(chǔ)量為例，大約需要近20萬(wàn)GB的信息存儲(chǔ)量，如果采用18GB的SCSI硬盤(pán)，售價(jià)9000元，將需要約10000個(gè)以上硬盤(pán)組成陣列，造價(jià)也成了天文數(shù)字，顯然是不現(xiàn)實(shí)的。因此在少量的信息存儲(chǔ)應(yīng)用中硬盤(pán)的確有較大的優(yōu)勢(shì)，比如在制作領(lǐng)域就大量用于非線性編輯設(shè)備，在播出環(huán)節(jié)也有硬盤(pán)錄象機(jī)大量用于自動(dòng)播出，以FibreChannel構(gòu)造的新型新聞制作網(wǎng)也多采用硬盤(pán)陣列作為節(jié)目存儲(chǔ)的硬平臺(tái)。2.2光盤(pán)最新一代的大容量存儲(chǔ)設(shè)備是DVD，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式為MPEG-2，完全能夠滿足廣播級(jí)視音頻信號(hào)的要求，它達(dá)到了目前技術(shù)上最理想的容量。DVD光盤(pán)的幾何尺寸與普通CD相同，但其容量卻是CD的8倍-15倍。對(duì)于單層DVD，其容量是4.7GB，可存放132分鐘的MPEG-2影片，這意味著標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的電影和數(shù)字音頻都可以記錄在一張DVD光盤(pán)上。要實(shí)現(xiàn)必須將所有數(shù)據(jù)按一定的格式存放在DVD盤(pán)上，DVD播放機(jī)才能讀出這些數(shù)據(jù),播放出高品質(zhì)的畫(huà)面和優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè)。其中影像采用MPEG2壓縮，音效可采用MPEG2Audio、DOLBYAC3、LPCM及DTS，基本上是把視頻訊號(hào)壓縮至1/40左右，但是MPEG2的壓縮率是可變的，MPEG2速率平均為3.5Mbps，最高約11Mbps，DVD的分辨率為720480，35萬(wàn)像素，水平掃描超過(guò)500條，而且還有多國(guó)字幕。那么132分鐘是怎么算出來(lái)的呢？它是MPEG23.5MbpsAC35.1CH384Kbps3字幕10Kbps4=0.59M/S除以單面單層4.7G，大約就是132分鐘了，其中AC35.1CH表示6個(gè)聲道。而采用雙層雙面技術(shù)的DVD盤(pán)存儲(chǔ)容量達(dá)17GB，能連續(xù)播放8小時(shí)的廣播級(jí)節(jié)目。通常說(shuō)的DVD實(shí)際上可分為只讀（DVD-ROM，DVD-Video,DVD-Audio），只寫(xiě)一次（DVD-R(Recordable)）和可重寫(xiě)三種規(guī)格。DVDVideo和DVDAudio多用于影音電視設(shè)備,而DVDROM、DVDR、可重寫(xiě)DVD則多用于計(jì)算機(jī)設(shè)備中。其中DVDVIDEO和DVDROM標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一。只讀DVD的發(fā)展?fàn)顩r見(jiàn)表1。只讀DVD技術(shù)相對(duì)比較成熟，也有一些應(yīng)用于電視領(lǐng)域的實(shí)例，主要是被建成光盤(pán)庫(kù)，用于自動(dòng)播出或?qū)ε_(tái)存節(jié)目資料進(jìn)行長(zhǎng)期保存。這種方式不僅具有容量?jī)?yōu)勢(shì)，而且還克服了傳統(tǒng)錄象帶質(zhì)量易劣化，占用空間大，查詢管理困難，利用率低等缺點(diǎn)，并且它在保存圖象清晰度，音響保真度，數(shù)據(jù)傳輸率，糾錯(cuò)能力及用戶間交錯(cuò)功能等方面也優(yōu)于傳統(tǒng)的磁帶。表2以DVD-Video為例給出了DVD存儲(chǔ)視頻，聲音和字幕子圖象編碼的有關(guān)參數(shù)。從表2可以看出，只讀DVD-Video的傳輸碼率范圍為1-10Mbps（視頻），遠(yuǎn)小于電視節(jié)目制作所要求的30-50Mbps的碼率，它只能剛剛達(dá)到傳輸播出的4-10Mbps的低碼率要求，對(duì)于存儲(chǔ)要求15-20Mbps的碼率要求而言，也顯低。要想真正利用DVD于電視節(jié)目制作和存儲(chǔ)，必須使用更先進(jìn)的DVD技術(shù)。只寫(xiě)一次的DVD-R使用有機(jī)染料作為信息記錄層，可以說(shuō)它是DVD版本的CD-R。目前DVD-R刻錄機(jī)只有整盤(pán)刻寫(xiě)和增量刻寫(xiě)兩種刻錄方式，一臺(tái)售價(jià)約為5000美元左右，相當(dāng)昂貴。與只讀DVD相比，技術(shù)指標(biāo)上沒(méi)有更多改進(jìn)，主要用于DVD節(jié)目的編輯，檢驗(yàn)和小批量發(fā)行，不適宜于電視臺(tái)節(jié)目的制作與大量