【摘要】该文对高校影视编辑实验室网络化建设的必要性、基本原则和关键技术进行了分析,并从高校影视实验教学的需要出发,探讨了当前几种组网方案的特点和运行机制。
【关键词】网络化;非线性编辑实验室;FC-SAN;NAS;IP-SAN
【中图分类号】G420【文献标识码】B 【论文编号】1009—8097(2010)05—0130—03
近年来,影视教育在我国得到了蓬勃发展,截至2008年4月,开设影视类专业的本科院校数量已经达到了普通本科院校总数的四分之三[1]。在各高校相关专业开设的影视制作类课程中,非线性编辑实验已经成为专业课程实践的核心,而非线性编辑实验室则是学生掌握现代影视编辑技巧、提高艺术创新意识的重要基地。
传统的非线性编辑系统主要是配备了专用音视频板卡、录像机、字幕机等硬件板卡设备的有卡工作站,很多高校的影视编辑实验室还有这类有卡非编系统,但是每套系统的外围设备都比较多,价格较高,再加上其核心功能依赖固化的硬件,升级代价高,难以成规模投入。而且由于素材复制质量差、传输速度慢,不容易实现资源共享,因而难以满足大规模实验教学与实践创作的需求。
随着计算机技术的飞速发展,非线性编辑实验室广泛采用无卡编辑——PC机安装非编软件的方式进行教学实践,但是由于脱离了有卡非编环境,实验内容很难与影视节目制作实践相结合,大多情况下学生只能进行纸上谈兵式的简单训练。另外,各单机重复存储音视频素材,造成了存储介质的紧张和浪费。如果通过网络将有卡非编系统和无卡非编系统连接起来,共享资源,协同工作,就可以提高设备的利用率和工作效率。因此,高校影视非编实验室进行网络化建设是必要的。
一 网络化影视编辑实验室建设的基本原则
网络化影视编辑实验室是一个复杂的系统,各种设备在性价比、管理和维护等方面差别较大,所以在建设过程中,需要从以下几点综合考虑[2]:
经济性。对于普通院校来说,网络非编系统较高的资金投入是面临的第一个问题,要满足常规实验教学需要,必须有选择地配置典型设备,追求性能、价格与教学实践需求之间的平衡。
可靠性。对于使用频繁的高校实验室来说,稳定、安全、易于维护等因素应该得到保证,其中包括计算机与网络硬件的稳定性、数据服务器的安全性等,所以系统不必太复杂,同时提供可靠的管理功能,便于技术维护。
可扩展性。科学技术的发展日新月异,要满足教学需要,非编系统也需要不断的升级换代和扩展性能,所以建设的网络非编实验室要有良好的扩充性和兼容性。
二 影视编辑实验室网络化建设的关键技术
1 CPU+GPU+I/O技术
作为第三代主流非编系统的核心,CPU+GPU+I/O技术利用PC平台中的CPU和显卡芯片GPU以及复杂度不高的音视频接口卡,再辅以相关软件,组合完成了原来由若干专用板卡设备所完成的功能。CPU负责音视频解码运算[3],GPU负责视频特技与合成运算,基于PCI总线的I/O卡提供了形式多样的模拟与数字接口,负责音视频信号的输入输出。这种架构无需专业板卡,性价比高,依靠软件就能实现视音频混编、特效以及三维特技,而且硬件和软件都易于升级。目前基于这种技术的非编已经可以进行四层以上视频特技的实时输出,达到甚至超过传统中低档板卡的编辑输出效果。
2 压缩编码技术
在当代数字压缩编码领域,MPEG-2和MPEG-4格式都以较高的编码效率、良好的视音频质量和较高的灵活性等优点,已经成为通行的标准,所以网络编辑系统可以基于这两个标准工作。
3 软件技术
目前的非编软件已经能够支持如M-JPEG、MPEG-2 I、MPEG-2 IBP、IMX、DV、DV25、DV50、DVCAM、DVCPRO、DVCPRO50、WMV9、MPEG-4等多格式视音频混编,还可以通过添加插件的方式支持未来新的视音频格式。同时支持ALPHA通道的视频轨编辑,可以将3Dmax、After Effect等第三方软件渲染出的序列文件进行编辑,可以采用软件方式直接生成三维特技,并支持Boris或After Effect等插件。声音支持5.1声道,内置混音器,支持更多声轨。生成文件的格式包括MPEG-2 I帧、MPEG-2 IBP、DV /DVCPR /DVCAM、DVD、MPEG-4、WMV9等,便于存储、硬盘播出或网络传输。
4 FC-SAN与NAS技术
FC(Fiber Channel:光纤通道),SAN(Storage Area Network:存储区域网),FC-SAN是光纤网和千兆以太网的组合,所以又称“双网”架构。FC在高码率、大数据量的视音频文件的实时读写运用中,能提供稳定的网络带宽,保证了非编网络实时编辑无阻塞的稳定运行;千兆以太网则用于传输非编网络的控制信息和元数据信息,提供了FC-SAN的带外管理功能。
NAS(Network Attached Storage:网络附加存储)是专用数据存储服务器,包括存储器件(例如磁盘阵列、CD/DVD 驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质)和内嵌系统软件,可提供跨平台文件共享功能。NAS和SAN区别就在于NAS 有文件操作和管理系统,而SAN却没有这样的系统功能,其功能仅仅停留在文件管理的下一层,即数据管理[4]。
5 IP-SAN技术
IP-SAN就是基于iSCSI协议将TCP/IP和SAN结合起来在以太网中运行,存储磁盘阵列成为IP可寻址的设备在客户端就像一块本地磁盘。而且iSCSI协议实现了对存储设备的数据块级共享访问,使用普通的千兆网卡可以实现1Gb/s的带宽。IP-SAN比“双网”架构具有造价相对较低、网络管理简单、网络兼容性好的优点,传输数据的性能良好,逐步成为中型以下网络的首选。
6 VLAN技术
VLAN(虚拟局域网)是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段,或者更小的局域网LAN,从而实现虚拟工作组的数据交换技术。其好处主要有两个:(1)安全独立。即便在同一个交换机上,处于不同VLAN的端口也是不能通信的。在实验教学中就可以有效防止病毒传播以及作业抄袭。(2)灵活管理。更改用户所属的网络不必更换端口和连线,只更改软件配置就可以了。
三 影视编辑实验室的组网方案及运行机制
1 双网架构
这种网络主要由FC设备与软件、千兆以太网设备组成。FC设备与软件包括FC交换机、FC硬盘阵列、FC网卡、FC网络管理软件、MDC服务器。千兆以太网设备包括SCSI硬盘阵列、千兆交换机、服务器、有卡工作站、无卡工作站、学生机等。双网结构借助FC通道构建一个高速网络,供有卡工作站实时处理和存储高码率的音视频素材,千兆以太网络用于传输高压缩比、低质量的视音频素材和整个系统的管理。其结构如图1所示。
大容量和高速度的FC磁盘阵列作为网络中心存储体,用来存储节目和素材文件,供网内站点共享使用。有卡工作站通过FC链路直接访问,无卡工作站则通过以太网经由MDC服务器(光纤通道的文件管理服务器)间接访问。工作时,有卡工作站将低压缩比、高质量、高速率的视音频素材传输到FC硬盘阵列,实现快速上载;高压缩比、低质量的视音频素材利用千兆以太网传到以太网服务器硬盘中,各个无卡工作站可调用该服务器的素材进行非线性编辑,编辑好的节目形成EDL,输出时根据EDL文件,在硬盘阵列中用相应的高质量素材替换低画质素材,最后形成高质量的节目输出。
这种结构的网络非编系统能提供实时的广播级视音频素材访问,有强大的网络管理功能。但是,要保证每台编辑站点实时编辑的读写带宽,必须采用吞吐带宽很高的高端FC磁盘阵列,同时还要使用端口数更多的FC交换机,再加上光纤网络本身价格不菲,所以该架构在普通高校非编实验室建设中不具有推广意义。
2 NAS架构
顾名思义,这种架构以NAS为核心,NAS在千兆以太网中独占节点,通过服务器集中存储、管理和处理网络中的所有数据。这种结构组网简单,管理方便,但是因为数据传输需要经过打包和多层协议栈,容易产生网络拥堵,这对于大规模的高校实验室建设不太适合。其结构如图2所示。
3 IP-SAN架构
IP-SAN是一种纯粹的千兆以太网结构,存储服务器可以采用SCSI或SATA硬盘组成的RAID阵列,在性能上很接近双网结构,但是与光纤网卡、光纤磁盘阵列、光纤交换机等设备的高昂价格相比,IP-SAN的造价要低很多。其网络结构如图3所示。
IP-SAN具有1G/bps传输带宽,理论上能够负担20台标清工作站同时进行双轨编辑的网络开销,对于高校常规非编实验教学来说,基本可以满足需要。如果需要建设中等规模以上的非编网络实验室,或者建设高清非编实验室,除了考虑网络带宽开销之外,还要考虑磁盘阵列的存储空间和吞吐带宽,以及网络系统的稳定性和安全性,这时就应该采用分布式存储结构,即多级网络存储。
以二级分布式存储为例,根据需要将适量的非编工作站与一级存储组成若干子网,在此基础上再将二级存储架构在大IP-SAN中,通过配置迁移软件和制定迁移策略对子网进行备份。子网中的站点可以配置双网卡,同时连接子网内的一级存储和大网的二级存储,若某子网出故障,其子网站点可由二级存储接管。此外,整个网络中所有子网站点可通过二级存储实现共享。通过分布式存储,可以有效均衡网络负载,保证各工作站多路编辑的带宽和安全。
在IP-SAN子网内内,还可以采用VLAN技术划分逻辑网段,其主要目的是防止学生在实验教学和考试中抄袭。此外,必须加强存储服务器的病毒防护能力,若有必要,可以封闭工作站USB接口并加装还原卡,所有上载和下载工作由指定的高安全等级工作站完成,为实验室数据安全提供了一定保障。
以笔者所在的传媒实验教学中心为例,2001年至2008年,各影视编辑实验室从单机独立实验发展到联网集中实验,前期影视编辑网络采用了简便易行的NAS架构。随着实验设备台套数的不断增加,大班实验时不断出现网络拥堵,于是在2009年初,中心对影视编辑实验室进行了网络重构。初期拟采用最理想的双网架构,但是成本预算过高,未能实行,转而采用了IP-SAN架构,以较小的成本解决了上述问题,至今运行状况良好,保证了我校影视编辑实验教学和研究工作。
四 结语
计算机网络以及软件技术的不断发展,为高校影视编辑实验室的网络化建设提供了丰富的技术支持,各高校可以根据实际需要和资金规模,在影视编辑实验室网络化改造或建设时,按照综合效益最大化原则,选择合适的方案,构建满足影视实验教学需要的网络系统。
参考文献
[1] 王志敏,赵楠中国影视教育专业课程设置与改革的若干问题[J].艺术百家,2009,(2):107-112.
[2] 夏志强,陈少华.高校网络非线性编辑实验室的设计[J].中国有线电视,2007,(1):68-71.
[3] 张庆强,等.基于CPU+GPU的非线性编辑系统全面解析[J].中国有线电视,2006,(14):1389-1391.
[4] 燕琳,郭义凯.基于千兆以太网的非编网解决方案[J].现代电视技术,2006,(4):109-111.