数字视频网络
数字视频网络
《西部广播电视》2000年第10期发表近几年，随着计算机专业多媒体技术的迅速发展，非线性编辑系统应运而生，并迅速趋于成熟。国内外众多的厂商提供了各不相同的非线编设备，在广电领域各放异彩。由于非线编设备具有操作简单、功能强大、投资相对减少（与传统设备比较而言）等显著的优点，它已成为视音频编辑设备发展的方向，大有取代传统制作设备之势。纵观目前众多的非线编设备，大都已能提供中文界面、无损压缩、实时三维特技、中文字幕等功能，可以说，单机非线编设备正逐步走向完善。但是非线编设备也存在一些问题，诸如存储空间有限、某些特技不能实时完成等等，所以说单机非线编形式并不是非线编技术的最终发展结果和最大优势体现，只有将许多单机非线编设备连接成网，才能够最大限度的发挥系统内存素材的作用，提高系统工作效率。这就是我们在本文中要讨论的问题------数字视频网。数字视频网是指一种实现视频传输（本地或远程，实时或非实时）的计算机网络，其构成包括其中各个子网（本地子网和远程子网），其核心是视频交换和视频存储。
一、网络的概念及拓扑结构
网络是许多设备的集合，由一个共同的传输媒体来连接；网络是人与人之间沟通的桥梁，是获取信息的手段，也就是说网络是信息传播的通道。网络的拓扑结构通常可以分为总线型、星型和环型，关于这些拓扑结构的具体内容在此就不再详细说明。
二、网络的分类
计算机网络分类的依据有几种。按其信息传输范围可分为广域网WAN和局域网LAN；按其信息传输方向可分为国际互联网Internet和企业内部网Intranet；按其信息传输内容可分为文字网和视频网；按其信息传输协议可分为以太网、ATM（异步传输）网和FC（光纤通道）网和SSA（串行存储结构）。下面我们就从传输协议方面对网络进行详细讨论。
1、以太网（千兆以太网）
以太网是开发较早、应用广泛、技术成熟的一种局域网络技术。对基于计算机平台的控制组来说，可以很方便地通过以太网在PC、苹果、SGI等平台建立联接，且其投资比较小。但是，以太网也有其缺点，比如说它管理电子邮件和共享打印设备的能力极差。另外，以太网的一个最大缺点是传输速率较慢，一般为10Mbps或100Mbps,在这种传输速率下，要传输2mm的视频信号（采用2：1压缩比其数据文件大约为1GB），花费的时间之长恐怕是制作人员所不能忍受的，而这种大小的文件在多媒体非线编制作中是很常见的。所以说普通以太网结构只能用于传输量较小、对时间要求不高的场合。所以现在又发展出了新型以太网---千兆以太网。千兆以太网采用交换技术，每个端口数据传输速度已经接近1Gbps，根据实际的测试，千兆以太网可以达到320Mbps的实际可用带宽，这样就大大提高了传输效率，增强了实际应用性。千兆以太网通过RSVP（Resource Reservation Protocol，资源预留协议）来保证在建立连接后提供稳定的带宽，以确保视频数据的稳定传输。但RSVP只能“尽可能地”保证带宽，也就是不一定保证。
2、ATM（异步传输）
网 ATM最早是为通过电话网络远距离传输音频和视频信息而设计的，它侧重于恒定带宽和固定时延，因此主要用于广域网上的可用带宽和同步服务。后根据其发展最终扩展为在广域网上提供高速同步服务和在局域网上提供视音频服务。ATM是为了高效、高速传输任何类型的信息而设计的新兴数据网络技术，在数据传输方面大大优于传统的以太网技术。首先，ATM能有效传输不同类型的信息。与不同类型的信息传输对应的延迟行为、延迟变化量和损耗特性，根据数据的重要性提供不同优先级的服务，服务质量的保证特别有利于进行实时的交互式通信，而传统以太网则不能提供类似的优先级服务。其次，ATM既可以传输传统数据，同时又能传输如电话或电视等时间敏感型多媒体数据。ATM信元只在有数据要传输时才需要带宽，加之ATM信元提供时分复用器那样的时间片段来进行连续传输，因此ATM在处理实时传输和突发性LAN传输时能达到同样好的性能。另外，ATM的高传输率和延展性是传统以太网无法比拟的。ATM技术支持25-622Mbps乃至更高的传输率。由低速率升级到高速率非常方便，且不带破坏性，还可根据需要延展带宽，实现局域和广域之间的无隙互联。ATM通过QoS（Quality of Service，品质服务）来保证在建立连接后提供稳定的带宽，以确保视频数据稳定传输，避免网络拥塞造成传输速度下降或时间延长导致画面停滞等现象，这一点要优于千兆以太网的RSVP技术。
3、SSA（串行存储体系结构）
SSA是一种新的可靠性高、实用性强、功能强大的串行接口。主要用于将硬盘机、磁带机、CD-ROM、驱动器、打印机、扫描仪等外围设备连接到工作站、主机、网络服务器和磁盘子系统。
SSA接口是由美国国家标准局在X3T10.1基础上标准化而成的。磁盘驱动器、适配器和带支持现行操作系统及总线系统（Windows95、98、NT、Novell Netware、Macos AIX、Unix）的系统都适用。
SSA允许用户方便的处理巨大容量的数据。其技术特性包括：环型体系结构，每环多达8台控制器，密集6线电缆；最大带宽80/160Mbps；双全工、非仲裁；集成、热插拔；每环多达128个设备，单设备自动配置，不需跳线或终接阻抗；备用数据路径确保无单点失效。
采用SSA，设备就不同于SCSI那样要使用单电缆连接，取而代之是一系列设备之间点到点连接。数据不直接送往主机，而是沿设备链路前进，理论上可以包含128个设备。这种点到点连接的一个巨大优势是所有外围设备之间能按要求进行数据交换，而不马上与主机通信。
若在一个闭合SSA中，万一发生设备错误，通过SSA控制器即可尽快自动配置成两环。这可确保继续运行和剩余设备能被最大限度使用。出现故障的设备可以在运行中替换（热插拔），一旦所有设备又正常运行，硬件会自动合并，并且系统重新配置成原来的SSA环形式。同样，如果新的设备加入到SSA环中，配置和合并新硬件是自动的。
3、FC（Fiber Channel 光纤通道）网
FC开发于1988年，最早是用来提高硬盘协议的传输带宽，侧重于数据的快速、高效、可靠传输；后来FC同样可以用来传输TCP/IP接口协议，因此FC就被修改为通过可扩展标准接口兼容多种网络协议，以最大带宽实现传输是一种传输率高达1G bps的高性能串行接口，它可以利用现有的公共传输协议，如IP和SCSI，因此，它是一种具有高速I/O和网络功能集成在一起的技术。FC是由ANSI支持的并且遵从OSI标准和开放性标准，它支持多种拓扑结构，包括：点到点、仲裁和分支结构，可以为网络化提供几种服务质量。由于它采用较大的数据包进行传输，所以FC对于视频、图像和海量数据的存储及传输极为理想。
FC已被许多计算机厂家推荐为电视节目制作设备的数字存储连接标准，同时得到了Avid、松下等非线性编辑厂家和硬盘存储生产厂商的广泛响应。多台非线性编辑机之间共享素材，协调工作已是大势所趋，电视节目制作系统的网络化已不容质疑。
应用FC，在硬件和软件之间产生有效平衡，会消除计算机与计算机、计算机与硬盘之间的传输瓶颈。理论上，大约800Mbps的实际吞吐率是可能达到的，在节目制作中，这个速度将快于实时或同时进行多视频流的传输率，发送多GB数字视频文件将从十多分钟减少为几秒钟，更重要的是，对制作和设备管理人员来说，烦人的等待时间将变为高效多产的创造时间。FC有一个缺点，这就是成本较高。这一点防碍了它在具体应用中的广泛使用。
总之，以上提到的集中网络技术各有其优势和适用范围，各有所长，各自适用于不同的数据结构。以太网不太适用于固定数据的传输，而更适用于变化数据流的传输，如数据库、文件拷贝。ATM是面向工作站、电话设备、视音频摄取以及局域网集线器、网路由器之间的互联，对于同步的服务，如多媒体和电话会议，尤其是广域范围内这些网络的应用，ATM是一个好的方式。FC的设计是面向大容量存储子系统、视频工作站、媒体服务器以及局域网集线器、网桥、路由器之间的互联，它可用于工作站之间大型文件的传输，在性能要求很高的情况下，FC是最佳选择。而且FC支持ATM协议，所以FC与ATM是兼容的，可以与ATM同时存在。SSA仅仅是磁盘存储的标准，对子系统内最少的设备数有限制，且双向连接通道的传输速率也低于视频编辑的传输要求，所以SSA的支持者现在是越来越少。
4、多网合一
对于电视节目制作部门来说，对网络传输速率的要求是第一位的，因为在其中传送的数据量是极大的，如果没有一个足够的传输速率的话，就不能满足电视制作中常有的实时要求。同时，制作部门内部的数据传输量又远远大于外部数据传输量。所以，在构建数字视频网时应从实用性和经济性两个方面来考虑，采用多种网络形式来组成实用经济的网络框架。在现阶段，我们可以利用FC技术解决共享存储数据的读写问题，利用千兆以太网和ATM网解决数据传输和网络管理问题，利用SAN技术解决硬盘的传输速度和数据安全问题。
（1）FC-以太网结构
这种网架结构是目前最流行的，国内几家主要的非线性编辑设备生产厂家都推出了自己的基于这种架构的网络产品。如索贝公司的SobeyNet，大洋公司的DayangNet，新奥特公司的NewautoNet，这三家公司产品的一个共同特点就是都采用了FC-以太网双网结构。在FC上连入实时使用低压缩比视频数据进行工作的设备（如串编及下载工作站）以实现节目制作数字化，并实现整个节目制作过程中高质量、低压缩比视频素材的集中存储和实时共享；在以太网（一般为千兆以太网）上连入使用高压缩比视频数据进行工作的设备（如预编及审片工作站）以完成工作量较大的任务，而且还采用多点并行的工作方式，大大加快节目制作速度。同时，以太网还将系统中所有的工作站点连接起来，以实现各工作站点制作结果的共享与相互传递。这样就充分融合了FC与以太网各自的技术优势。但目前这些产品都存在着这样那样的缺点，如本身系统网管软件缺乏或功能甚少，只能使用基础平台的网络管理功能对本系统进行管理，或者是网络用户对整个系统的操作权限与系统自身安全之间存在很大的矛盾。这些缺点构成了系统运行期间的潜在危险，一旦发作，轻则导致系统瘫痪，无法正常工作，重则丢失重要数据，造成不可挽回的损失。
（2）FC-SAN网结构
FC-SAN（Fiber Channel Storage Area Networks,光纤通道存储区域网）网构架一经提出，就得到了迅速的发展。SAN 是一种以Gb带宽实现计算机和存储器之间通讯，结合了I/O通道技术、LAN模型、大容量存储器特点的一种新型网络结构，具有以下特点：高带宽、模块化可扩展结构、高可用性和容错能力、易管理性、易集成、低造价。SAN的根本就是计算机之间及其和存储器之间的互联，它消除了服务器处理瓶颈，使实际可用带宽接近实际的网络传输带宽，适合大数据量传输、实时数据处理。而FC已逐步发展成为计算机和存储器之间互联的新标准，目前世界上有超过70家公司在生产FC连接的磁盘驱动器、硬盘阵列、服务器，FC已经发展成为构成SAN环境的事实标准。
在FC-SAN构架的视频网中，SAN不但承担着视频数据的存储、迁移、交换、共享，而且还掌管着网络设备的登记、删除、查询、维护。也就是说，SAN是数字是数字视频网的主干，在其上可以挂接若干制作子网和播出子网。北大方正公司的数字视频网Founder DigiNET（如图1）就是基于FC-SAN网架结 构的视频网。它将文稿系统、办公系统、制作系统、演播室系统、播出系统集成在一个网中，支持异构网和异种操作系统， 采用开放式网络协议和控制协议，兼容标准硬件厂家。
四、数字视频网的发展前景
目前国内几家大的非编生产厂商竞争的重点都已转到了数字视频网上，这一点从BIRTV’99上已可以清楚的看到。目前各厂家的网络产品从结构上来说大同小异，都是采用FC-以太网这种双网构架网络结构，其压缩方式都是M-JPEG。其中FC网用于网络素材共享，以太网主要用于文稿、字幕和其它素材的网络传输。但这种双网架构也存在着一些缺点：造价偏高（主要是FC网），系统不易于维护；不同厂家的产品之间素材不能相互调用，网络的可扩展性和兼容性较差。
从目前的发展趋势来看，将来非编的压缩方式应该是MPEG-2，这种压缩方法对于网络来说的最大好处是效率高，数据量小，便于网上传输。采用MPEG-2压缩的非编卡已经面世（如格非的Magi1000/4000卡、Matrox的Digisuite DTV卡），非编系统问世的时间也不会长。所以将来的视频网只需要采用以太网就可以完成数据传输，造价自然大大下降。
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