抗生素悬在养殖业头顶的双刃剑

1、谈国内非编网的十年发展史孙林记 冒卫 江苏南通电视台 226000摘 要：本文介绍了非编网的起源，总结了国内非编网十年来的发展之路。FC SAN中心存储系统的双网结构一直是占据主流地位，FC-SANE今后的相当一段时间内仍将会是主流。随着iSCSI磁盘B列I/O速率瓶颈被解决，万兆以太网的普及，IP-SAN必将迎来更广阔的发展空间。关键词 ： 非编网 FC SAN IP-SAN 发展史一、非编网的起源从电视技术发展方向来看，电视系统的全面数字化是一个总的发展方向。计算机技术的发展，促进了多媒体技术的高速发展。计算机技术渗入了电视节目制作的每一角落，将很多新的概念和思想带到电视制作领域里，使传统

2、的节目制作方法、节目传输和播出发生了很大变化。电视制作向数字过渡，必须首先从其核心部分引入非线性编辑系统。非线性编辑系统由计算机平台，视（音）频捕捉、处理和回放的图像卡（声卡）及编辑、特技、动画、字幕软件三部分组成。用一台计算机替代了编辑机、特技机、字幕机、调音台、二维及三维动画创作系统等诸多设备。首先我们回顾一下非线性编辑系统的产生、 发展的历史。 用剪辑电影胶片的方式来编辑磁带节目，一直是电视编辑工作者梦寐以求的目标。早在80年代初，先驱者用几十台放像机通过一个多路开关对一台录机下载素材，以做到从任何一台放机取任何一段素材编辑成普通新带，这就是电视非线性编辑的雏型。虽然原始而笨拙，但却建立

3、了非线性编辑的新概念。90年代初，视频码率压缩技术的标准化和多媒体计算机的兴起，迎来了用非线性编辑方式编辑电视节目的春天。1990年，非线性编辑系统的雏形产品桌面演播系统刚刚上市的时候，一些有眼光的厂商，一边卖Video Machine、A34k EXE-100骸些过渡性产品，一边加紧开发 非线性编辑系统。1992年ISO正式颁布了 JPEM缩标准，此时，Window前DOSM乍系 统下的多媒体软件平台VFW：QuickTime也已推出，制造非线性设备的技术条件已经 成熟。1993年美国ImMIX公司在NABt首先才t出了 Video Cube非线性编辑系统，但 Video Cube的压缩方式

4、采用的是小波变换方式，而不是 Motion JPEG。紧接着Media Composer l000 、 Studio 2300 、 Media l00 等非线性编辑系统纷纷推出，一台单通道非实时的 Media l00 价格为80万人民币。不过，这时的用户只是观望。1995年，当AVIDt）人们演示MC-1000勺实时功能时，在一台计算机中插一块板卡就能替代众多的传统设备，完成电视节目的后期制作，引起了人们的兴趣。与此同时，DPS!出了单通道带SCS胺口的PVR3500集视频采集、压缩、回放于一体，配 上Adob必司的编辑软件Premiere ,在一台PCM上就可以实现非线性编辑的功能。 Tru

5、evision ， FAST， Miro ， Digital Video Arts 等公司也向市场抛出自己的板卡。而国产非线性编辑系统以其具有高起点、多通道、多层图像、全实时、易操作的特点，逐渐被用户接受。二、国内非编网十年发展之路非线性编辑网络系统是全数字化的电视节目制作系统， 它在把电视节目的编辑、修改、配音、存取等全部信息进行数字化处理和传输的同时，将其网络化。即用高速网络将各种单机非线性编辑工作站连接起来，通过节目信息共享服务器或网络服务器等实现节目信息共享和各种非线性工作站之间信息的实时传输、交换，它的最大的优势在于保证节目素材和成品节目在反复操作与多次修改不衰减的前提下，节省人力、

6、节约时间，缩短了制作周期，为各类电视节目的制作提供了方便。自 1999年福建电视台成功建成起第一个规模化非线性新闻制播网络系统至今，国内非编网经历了近十年的发展历程。伴随着电视技术与IT 技术在这十年中的巨大发展与飞跃，非编网也经历了几次里程碑式变革与进步，总的说来可以分为三个有代表性的阶段，下面分别就这三个阶段非编网的技术，特征及影响等方面加以说明与阐述。如有不当之处，望等到同行们的指正。1. 划时代的第一代非编网第一代非编网代表时间段可以看作是从1999年至 2003年，大洋公司与福建台合作建成的非编网拉开了国内非编网建设的序幕，此后国内大大小小的电视台都加入了轰轰烈烈的非编网建设中来。下

7、面就这一代的非编网相关技术特点展开阐述。首先，这个时期的非线性编辑系统本身的硬件、软件方面。早期的非线性编辑系统大多选择Macintosh ,这是由于PCL相比于Macintosh ,多媒体和交互方面有着 较大的欠缺。然而在硬件方面随着PCI总线的广泛采用与奔腾PRCK片的推出，Windows NTPCL在性能和市场上优势反而越来越大。由于当时PCL硬件性能的限制，这个时期的非线性编辑系统在视音频处理上都是依靠专业的板卡来完成的，比较有代表性的 板卡有 ： Truevision 公司 的 Targa2000 RTX/SDX、 Matrox 公司 的 DigiSuite 套卡、Pinnacle公

8、司的ReelTime等，其中国内厂家大多采用 DigiSuite 套 卡，譬如：新奥特公司采用此套卡在 PCL上的Windows NTF台开发而成的NC79北 京大洋公司的DY3000索贝的创意97, DigiSuite的主要特点：A)率先采用微软 Windows NT下的Active Movie 开发平台；B) CCIR-601、10bit、YUV422、D1质量数字视频信号，保证广播级信号质量；C) A/B “卷”双路无损M-JPE猷块，提供了当时最高质量的可供硬盘存取的数 字视频数据流；D) Movie-2 BUS开放结构，支持第三方硬件的开发商，硬件功能可任意扩展；E)具有ADO：量的

9、实时2D-DVE 16bitCD/DAT质量的模拟和数字音频、32bit图形等非线性编辑系统必备的功能。在软件体系方面国内厂家利用板卡驱动所提供的应用程序接口开发了适合国内 电视台使用的非线性编辑软件，在外观、人性化、功能性等方面都有不错的表现。 这个时候的软件大都采用C/S的二层架构，数据库主要承担的是基本配置信息的管 理，如：帐号、权限、目录路径等，而对于素材则采用文件式的管理，具体组织管 理方式见下图1:图1组织管理方式这种素材管理方式的缺点是过于开放，对目录及文件权限设置稍有不当就会造 成素材的误删，还有就是当素材数量达到一定量的时候，检索或查找素材就会变得 很慢，甚至难以让人忍受，在

10、第二代及以后的非线性编辑系统中采用数据库来管理 素材信息这个问题得到解决。第一代非线性编辑系统绝大部分采用 Motion-JPEG压缩方式，Motion-JPEG压缩 方式对活动视频图像通过产生时帧内编码过程单独地压缩每一帧，在编辑过程中可 以随机存取压缩视频的任意帧，而与前后帧无关，这对精确到帧的后期编辑十分理想。而且Motion-JPEG的压缩和解压缩是对称的，可以由相同的软硬件来实现，算法 也不太复杂，可以用很小的压缩比进行全帧采集，实现广播级指标要求。根据压缩 比的不同， DigiSuite 套卡在采集过程中，可以同时生成高低两种码率的文件，低码率的素材文件可以在无卡机上（不带专业视音

11、频板卡的普通PCL）编辑，完成的工程文件可以在有卡机打开， 通过编辑信息映射到高码率的素材实现0帧精度回放出广播级质量的信号。正是通过这种思想，可以实现较少的投入，建设规模较大的非线 性编辑网络，毕竟专业的板卡价格还是非常昂贵的，也是网络建设成本的很大一部 分。其次，网络共享存储技术。共享是网络的优势所在，共享存储又是其根本，它带来的最直接的结果就是素材的共享，借此使用仅有的几台上下载设备就能完成全 部的上下载需要；同时又可以在任何非编工作站上来完成编辑任务，实现编辑设备 本身的共享；此外，利用此非编网可以实现多人共同完成一项任务。可见非编网络 是以共享存储为中心的。非线性编辑网络存储应综合考

12、虑安全可靠性、数据访问带 宽、存储容量、数据容错备份、读写性能、扩展能力等，以满足视音频数据实时存 储共享和传输要求。 当时可选择的网络存储技术主要有DA（SDirect Attach Storage ）和 SAN （Storage Area Network ）。DASJI3直接附加存储，在这种方式中存储设备是通过电缆（通常是SCSI电缆）直接连接到服务器的。 I/O （输入 / 输入）请求直接发送到存储设备。它依赖于服务器， 其本身是硬盘的堆叠，不带有任何存储操作系统。其特点是存储设备为服务器一部 分，该服务器不但提供应用程序的运行，还管理数据的访问。当用户数量增加或者 服务器提供其他服务时

13、， 其资源被其他程序占用， 导致其存储系统得响应速度变慢。 在网络带宽足够的情况下，服务器本身成为数据输入输出的瓶颈，数据阻塞是DAS结构的局限，因此在稍有规模的非线性编辑网络都不会采用这种存储方式。SAN?储区域网是指独立于服务器网络系统之外的高速专用网络，这种网络通常 采用高速光纤通道作为传输体，以SCSI-3协议作为存储访问协议。将存储系统网络 化，实现真正的高速共享存储。 FC（ Fiber Channel 光纤通道）协议是一种网络传 输层协议，它可以提供高速恒定的网络连接，前提是假设物理链路层质量可靠，从 而减少复杂的冗余校验运算。由于非线性编辑网络要能实时传输多路高码率视频数 据流

14、，因此当时选择光纤作为传输介质也是必须的。为了实现SANE的数据共享，还需要运行存储管理软件，实现多台主机对同一个卷的同时读写，譬如：知名的综合 存储管理软件 Tivoli SANergy 。 SAN!要一个 MDC（Meta Data Controller ,元数据 控制器）服务器来负责硬件安装及控制安全性和分配信息。拿SANerg沐说，MDC?户端（装有SANergy勺有卡非线性编辑工作站）通过以太网向MDCH青文件存储的位置，MD返回数据存储在磁盘的阵列的指针， MDC客尸端即可以通过SAN3络存取数 据。通过MD的工作流程容易看出在SAW还需要以太网来传输元数据、控制信息， 这就形成了

15、常见的FC+LAI®双网架构,如下图2。放据库serverFC千兆以太音视频线图2 FC+LAN的双网架构第三，第一代非线性编辑网络网络管理及业务管理功能很弱，没有网络管理监 控平台对服务器、网络设备、存储设备、应用软件的运行情况进行实时监控。也没 有人员对非线性编辑系统使用情况，使用时间，节目制作量等业务数据进行记录和 统计，因此，第一代非线性编辑网络管理功能很缺乏。2 .过渡型的第二代非线性编辑网络。由于动态编码技术如MPEG-2 DV DVCPRO硬件和软件上的不断成熟，原来单 一的帧内Motion-JPEG编码技术由于产生的文件过大、占用带宽较多而显得落伍了。 与此同时计算机

16、硬件性能，网络技术都要了很大的提升和发展，譬如：Intel Pentium 4 CPU勺出现并逐渐普及，大容量内存价格不断走低、高速以太网技术的大规模运用。 另外第一代非线性编辑网络在网络管理、业务管理功能太弱以及数据库技术没能得 到广泛应用等这些综合因素导致第一代非线性编辑网络被更为完善的第二代非线性 编辑网络所取代，代表年份从2003至20050首先，第二代非线性编辑系统软件、硬件的特点。第二代非线性编辑系统硬件架构上与第一代相似，也是PCL在安装专业视音频板卡来实现的。但是具体配置上 与第一代不尽相同，这一代的非线性编辑系统主机配置较高，一般都采用 Intel Pentium 4 CPU

17、, 512MBJ存，内置上百GBSCS硬盘，并且支持1394接口的素材采 集，板卡也由第一代下的 DigiSuite LE 升级为 DigiSuite DTV/LX 。DigiSuite LE卡是DigiSuite卡的简化版，是一种性价比较高的全实时视音频处理卡，与 DigiSuite 卡相比，只支持四层实时处理（无直通视频层），不支持实时3D处理、倒放和音轨调音功能，字幕效果简单。DigiSuite DTVf是Matrox公司专门针对当时两个较为主流的数字视频格式一一DB式和MPEG-2式而开发的，它的基本 编辑功能通道编辑及字幕卡类似于 DigiSuite LE卡，二者的主要区别是：DT0

18、注重 原始DB式的采集、编辑、输出一体化，输出兼顾 MPEG-2 DigiSuite DTVRT以用 于广播电视传输、DVDJ录及网络视频传输等方面，配有齐全的模拟和数字输入/输出接口，DigiSuite DTVfU:有 2个压缩/解压功能。DigiSuite DTVf支持 DV25（5:1）、 DV50（3.3:1 ）或MPEG-2 MPMMPEG-2 4:2:2 PML I帧的 10bit 信号（3.3:1 ）压 缩格式，DV25f DV50T混编，输入输出接口相应地增加了 DV13948口、SDI数字接口、 SDT数据倍数接口以及MPEG-2旧昭式15Mbp或50MbpS勺输出。但其内部

19、仅以D# 式进行视频处理， 他还支持以 MPEG-24:2:2 为基础的 I 帧编辑， 特点是数据流可变（ DV格式的数据流是固定的）。第二代非线性编辑系统在软件上更加人性化，功能更强大，支持更多层的视频图文轨，除了基于板卡的硬件特技，各厂家也开发了各自的视频特技插件。在音频方面改变了第一代非线性编辑系统音频处理能力薄弱的状况, 使非编成为真正意义上的视、音频编辑系统。系统至少有 8轨实时音频，可合成14声道输出；支持多 轨音频的 MIX 特技 , 回音、混响、均衡、变调、动态平稳等效果, 支持 V 型、 X 型过渡 ; 具有灵活的音量调节功能, 可调节时间线上一点的音量, 也可对某段的音量整

20、体上下调节。系统具有调音台功能; 时间线上多轨音频在合成输出时, 可通过音频映射表方便控制音频的输出声道。第一代非线性编辑系统都是以位图（TGA）方式处理字幕因此显得十分呆板，而第二代的系统依靠底层软件算法和结构体系的革新, 系统完成了面向对象的字幕处理方式的支持, 在非线性编辑系统中不仅完全保留了字幕机的播出效果, 更实现了在时间线上多层字幕的制作与播出。在对素材的管理上也从基于文件的管理变为数据库的管理，这样就提高了素材的安全性和素材的检索 速度。其次，网络架构及共享存储技术。由于高速以太网技术的发展，这一代的非线性编辑网络除了 SAN的双网架构，还出现了纯以太的NAS#储技术。NAS(N

21、etwork-attached storage)是一种硬盘存储，它不附属于为网络用户提供服务 的应用服务器上，而是被直接连接在以太网上，并拥有自己 IP地址。NA纵物理结构 上看，通常由一定量的磁盘阵列作为存储空间并提供一个I/O存储调度和网络文件分发的NA义服务器组成。所谓NA义服务器实际上是一个独立服务器系统。这种服务 器系统去掉了通用服务器原有的大多数计算功能，只提供I/O存储处理和管理、网络文件系统分发(提供NFS和CIFS共享服务)等专有功能。NA系统用基于IP网络 的网络文件协议向多种客户端提供文件级I/O服务，使用NA/储空间的其他主机不 需要维护文件系统。单独的NASS备不能满

22、足大规模非线性编辑网络的实时编辑读写 带宽、系统扩展性和存储容量的需求。因此，必须通过集群技术将多个NASS备集合使用，就如同一台NASS备一样。采用多个NASL头组成的NA骄集架构，如图3,前 端可以提供很好的负载均衡的网络带宽保障，后端可以直接连接或通过SANt纤通道 连接后端的存储系统上。为规划存储增长带来最大的灵活性、大幅提升了存储系统 的利用率、充分体现了存储系统和存储管理软件的实用价值，从而大大降低了运营 成本如下图3。FC磁盘阵列4以白耒七十编辑站点图3多个NASL头组成的NA琳集架构第三，第二代非线性编辑网络在网络管理与业务管理等方面比上一代网络有较 大的提高，网络管理软件可对

23、用户账号、权限、栏目、节目文件信息、磁盘空间、设备使用情况等进行全方位管理，可控制各栏目对系统资源的使用。通过引入“账号”管理来设定使用者的修改权限，从而避免了对素材的误操作。任何目录对于不具有其读写权限的用户来说是不可见的；系统提供的灵巧实用的众多素材管理工具解决编辑人员最担心的素材删除与整理问题。3 . 变革型的第三代非线性编辑网络前两代的非线性编辑系统都是基于专业视音频板卡的系统，系统的性能主要依赖于硬件板卡，这类系统在视频处理方面基本不占用计算机资源，对于计算机平台的配置要求相对较低，而且采用专门设计的芯片来实现视频解码、特技处理和画面合成，可以保证系统地实时性。但是，因为受到硬件板卡

24、的限制，系统所能处理的视频压缩格式、特技效果的种类、实时性能都被固化了，无法支持更多种格式的视频文件，不能支持多种格式混编，软件主要用来实现操作界面，控制板卡完成相应的工作，无法实现更多的功能。而且，由于大量实用专用芯片结构复杂，功耗大，发热量高，是系统稳定性差，故障率高。另外，专业的视音频板卡绝大多数是国外公司生产，核心硬件上被垄断，而失去价格的话语权，非线性编辑系统很大一部分利润被国外厂商占有，非线性编辑系统的国产化程度不高。新一代的非线性编辑系统采用CPU+GPU+I/O架构，系统完全摆脱了对硬件板卡的依赖，软件技术成为最核心的技术，而且国内像北京大洋、成都索贝这样的厂家都能够生产自己的

25、 I/O 卡，因 此非线性编辑系统国产化程度大大提高。在以太网技术上由于主干万兆，桌面千兆的出现并逐渐普及，纯以太的大规模非线性编辑系统组网成为现实，所以说第三代非线性编辑网络是具有变革意义的。首先，第三代非线性编辑系统硬件、软件特点。新一代的非线性编辑系统即所谓的CPU+GPU+I/O构系统，是建立在当今CPU GPUfe能得到大幅提高的基础上的。GPU；文全称Graphic Processing Unit ,中文翻译为“图形处理器”。GPU1相对于CPU勺一个概念，由于在现代的计算机中图形的处理变得越来越重要，需要一个专门的图形的核心处理器。随着GPUfe能和GP编程技术的不断提高，GP跄

26、够独立完成2D 3D#技处理和视频数据合成，与专门负责编解码的 CPU0结合，就组成了 CPU+GPU 非线性编辑系统，其工作原理如下图 4：Disk 一DV格式输出基带信号输出图4 CPU+GPUJ非线性编辑系统工作原理CP以硬盘中读取视频数据，并通过软件编解码为基带视频数据，然后通过PCI-E 总线发送给GPU GPUn成2n 3DW技处理和视频数据合成，再通过PCI-E总线回传给 CPU CPU1数据通过PCI总线传输给I/O板卡转换成基带信号输出。这一代的非线性编辑系统一般都配置了 1394卡，支持1394采集，I/O板卡采集视 频和音频信号，可以达到10比特高质量视频、24比特音频。

27、视频接口支持SDI、模拟 分量、模拟复合、 Y/C、1394、S- Video等；音频接 口支持 ANALOGSDI、AES/EBUCPU+GPU+I/O架系统完全摆脱了对硬件板卡的依赖， 软件技术成为核心，实现 基于标清节目制作，平滑向高清升级，多种格式素材能够的混编，对P2、蓝光等存储媒质更好的支持。同时原有专用系统变成了普通的高性能通用计算机，整个系统 的性能可随着计算机平台性能的提高而提高。软件方面：非线性编辑系统软件都采用了科学、人性化图形界面，嵌入文稿模 块及媒资检索模块，方便协同工作，实现全台共享及提高制作效率。能够实现3层50Mbp眄流、4轨音频和4层字幕的实时编辑制作，对不能

28、实时的部分提供了智能打 包功能；特技具有开放性，支持第三方特技插件；系统大多内嵌字幕模块来实现常 规字幕、唱词等功能，所有字幕可以在轨上基于时间线操作，可实现8轨以上的实时字幕，每轨字幕都可以实现不同的特技；模板化的资源管理方式，所有字幕文件都 资源管理器中实现了统一管理，无论字幕镜头、物件、唱词、滚屏，甚至物件属性（字体，颜色，特技，大小等）都可当作模板保存；支持同时多个故事板文件的编 辑，故事板间随意切换，可方便地进行故事板间的块操作，如复制、粘贴等，以实 现不同故事板资源的灵活交互，高级的备份和恢复机制：提供多步恢复列表，能在 意外退出软件后仍然保留故事板的所有历史操作记录，以供恢复使用

29、；在对音频处 理方面功能也更为强大，除了常规的音频调整还支持音频特技、特效制作。其次，网络架构及共享存储技术。当前，千兆以太网技术的成熟运用，新一代 CPU+GPU+I/O构的非线性编辑系统比基于视频板卡的系统具备更好的性能，特别是新一代非编具有了更大的缓存调用机制， 远远大于基于视频板卡的非编几帧的缓存， 有效降低了网络吞吐带宽的约束。在此基础上通过灵活的组网，使得千兆以太网能 够承载高码率、大数据量的视音频文件，并能提供实时编辑的读写带宽。由于基于 IP的千兆以太网组网成本远低于FC网，且具备完善的网络管理能力，千兆以太网 正逐步成为非线性编辑网络的基础架构。上面已经谈了NA敲术这里说说基

30、于iSCSI协议的IP SAN技术。iSCSI （internet SCSI）是IETF （互联网工程任务小组）制定并于 2003年2月正 式发布的标准协议，可理解成 SCSI over IP ,即网络上的SCSI,它实际是将SCS命 令封装到IP包中，从而使数据块在网络上传输。iSCSI融合了 SA恃口NAS勺优势，它基 于IP协议，却拥有SAN：容量集中开放式存储的优点。相对于以往的网络接入存储， iSCSI的出现解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题。下表1是NAS SA怀口iSCSI的对比：表1 NAS、SA丽iSCSI的对比比较项目SANNASiSCSI连接方式FCIPI

31、P存储共享方式数据块级文件级数据块级数据交换速率2Gb/s、4Gb/s、8Gb/s100Mb/s、1Gb/s1Gb/s、2Gb/s、4Gb/s性能很高中高支持距离最高100km （无中继）无限制无限制开放性/灵活性强弱强非编网络应用稳定性很高带宽不稳定，延时明显易导致死机高对非编系统的要求很低很高较高可用性很好好好建设成本高低中管理较复杂简单简单IP-SAN继承了 SAN的所有优点，在性能上也接近FC SANJ性能。但由于采用的 是千兆以太网，并且不采用FC1盘阵列，导致成本大幅度降低。在IP-SAN组网方案（见图5）中可采用SATAB盘阵列，理论吞吐带宽为200MB/S, 而一台编辑站点至少需要200MbpS勺存储带宽，因此单个存储体所带站点数量是有限 的。所以，采用IP-SAN组建大规模的非编网必须采用分布式存储结构。这里采用了 二级分布式存储，在一级存储之上构建二级存储。一级存储由