HDTV制作中廣泛應用的數字媒體領域存儲技術

HDTV制作中廣泛應用的數字媒體領域存儲技術

　　隨著數字媒體技術的發展，存儲技術在數字媒體領域也得到了廣泛應用。特別是數字技術的迅猛變革，使存儲數字媒體的技術手段也發生很大變化。在媒體爆炸性增長的同時，廣電界十分關心數字技術的未來發展，同時也更加關心數字媒體資產的管理、使用和存儲。本文圍繞6種常用數字存儲技術及在數字視頻中的應用進行淺析，供同仁參考。

　　SCSI技術

　　SCSI的發展經過三個階段。SCSI協議的第一版本僅規定了5MB/s的傳輸速度的總線類型，接口定義、電纜規格等標準。第二版本作了較大修改。SCSI-2協議規定了16位數據帶寬。高速的SCSI存儲技術陸續成為市場的主流，也使SCSI技術牢牢地占據了隨機存儲市場。SCSI-3協議增加了能滿足特殊設備協議所需要的命令集，使得它既能適應傳統的并行傳輸設備，又能適應最新出現的一些串行設備的通信需要，如光纖通道協議(FCP)、串行存儲協議(SSP)、串行總線協議等。

　　由于SCSI技術兼容性好，市場需求大，其技術不斷翻新�，F在已從5MB/s傳輸速度的SCSI-1發展到LVD的160MB/s，近期320 MB/s的SCSI也已投入使用。

　　SCSI技術廣泛應用于非線性編輯、字幕機等制作設備。早期的硬盤播出設備采用該技術構建視音頻服務器，但因其可靠性等原因而被新技術取代。高可靠性的大型存儲系統，通常把SCSI技術與其它技術結合來實現故障自恢復，提高安全性，達到系統不間斷工作的目的。

　　存儲網絡技術

　　它是近年高速發展的技術，具有安全性高、動態擴展性強的特點。許多基于工業標準的網絡存儲方案已經得到廣泛應用。目前在數字媒體領域應用最多的是局域網存儲，理論上帶寬可達1Gb/s，實測帶寬可在700Mb/s左右；其次是光纖通道技術，理論上在全雙工的情況下，帶寬可達2Gb/s，單通道達1Gb/s，實測帶寬可在720 Mb/s左右。前者是基于低價位的分布式網絡存儲方案，后者主要架構采用專用存儲，并逐漸向中低市場發展。

　　Intel公司推動的Infiniband是基于IA-64架構的核心存儲技術，第一階段是取代PC,帶寬目標是2.5Gb/s;第二階段達到Cluster應用，帶寬目標是30Gb/s。其目標宏偉，是否可被市場接受，技術瓶頸能否突破，人們將拭目以待。

　　存儲網絡技術近年在視頻領域發展迅猛。無論是從管理、制作還是播出都得到廣泛應用。但是在目前的技術條件下，形成大型電視臺的制播一體網，全臺媒體資產的中心存儲和統一管理，還有不少的技術難點需要克服。特別是存儲網絡技術的帶寬問題是面臨的最大障礙。

　　RAID技術

　　RAID是一種由多塊廉價磁盤構成的冗余陣列。雖然RAID包含多塊磁盤，但是在操作系統下是作為一個獨立的大型存儲設備出現。RAID技術分為幾種不同的等級，可以分別提供不同的速度、安全性和性價比。

　　RAID0是最簡單的一種形式。RAID0可以把多塊硬盤連接在一起形成一個容量更大的存儲設備。但由于RAID0沒有冗余或錯誤修復能力，其安全性大大降低。因此，在RAID0中配置4塊以上的硬盤，對一般應用是不明智的。如果其中的任何一塊磁盤出現故障，整個系統將會受到破壞，無法繼續使用。國內早期，某些視音頻服務器采用RAID0技術，幾乎沒有幾臺能夠長期、安全使用。

　　RAID1和RAID0截然不同，其技術重點全部放在如何能夠在不影響性能的情況下最大限度的保證系統的可靠性和數據可修復性上。RAID1又被稱為磁盤鏡像，每一個磁盤都具有一個對應的鏡像盤。RAID1是所有RAID等級中實現成本最高的一種，盡管如此，人們還是選擇RAID1來保存那些關鍵性的重要數據。

　　RAID3是利用一個專門的磁盤存放所有的校驗數據，而在剩余的磁盤中創建帶區集分散數據的讀寫操作。RAID3不僅可以像RAID1那樣提供容錯功能，而且整體開銷從RAID1的50%下降為25%(RAID3 1)。隨著所使用磁盤數量的增多，額外成本開銷會越來越小。在不同情況下，RAID3讀寫操作的復雜程度也不相同。最簡單的情況就是從一個完好的RAID3系統中讀取數據。這時，只需要在數據存儲盤中找到相應的數據塊進行讀取操作即可，不會增加額外的系統開銷。當向RAID3寫入數據時，情況會變得復雜一些。即使我們只是向一個磁盤寫入一個數據塊，必須計算與該數據塊同處一個帶區的所有數據塊的校驗值，并將新值重新寫入到校驗塊中。由此我們可以看出，一個寫入操作事實上包含了數據讀取(讀取帶區中的關聯數據塊)，校驗值計算，數據塊寫入和校驗塊寫入4個過程。系統開銷大大增加。我們可以通過適當設置帶區的大小使RAID系統得到簡化。如果某個寫入操作的長度恰好等于一個完整帶區的大小(全帶區寫入)，那么我們就不必再讀取帶區中的關聯數據塊計算校驗值。我們只需要計算整個帶區的校驗值，然后直接把數據和校驗信息寫入數據盤和校驗盤即可。到目前為止，我們所探討的都是正常運行狀況的下的數據讀寫。下面，我們再來看一下當硬盤出現故障時，RAID系統在降級模式下的運行情況。

　　RAID3雖然具有容錯能力，但是系統性能會受到影響。當一塊磁盤失效時，該磁盤上的所有數據必須使用校驗信息重新建立。如果我們是從好盤中讀取數據塊，不會有任何變化。但是如果我們所要讀取的數據塊正好位于已經損壞的磁盤，則必須同時讀取同一帶區中的所有其它數據塊，并根據校驗值重新建丟失的數據。當我們更換了損壞的磁盤之后，系統必須一個數據塊一個數據塊的重建壞盤中的數據。整個過程包括讀取帶區、計算丟失的數據塊和向新盤寫入新的數據塊，都是在后臺自動進行。重建活動最好是在RAID系統空閑的時候進行，否則整個系統的性能會受到嚴重的影響。

　　與RAID3不同，RAID5是將校驗數據平均分配到每一個磁盤上，各塊硬盤分別獨立進行條帶化分割，相同的條帶區進行奇偶校驗(異或運算)，這樣就可以確保任何對校驗塊進行的讀寫操作都會在所有的RAID磁盤中進行均衡。因此，RAID5具有良好的隨機讀性能，因為在規定的傳輸塊大小范圍內的數據只需訪問單個數據驅動器，也克服了RAID3單個冗余盤的局限性。

　　RAID5的主要缺點是降低寫功能，因為它是一位或一個字節地寫在磁盤上，經過處理后，使數據塊1的位或字節寫在數據塊1上，數據塊2的位或字節寫在數據塊2上，……因此，在寫數據時處理的環節比較多，降低了隨機寫功能。

　　采用IDE硬盤構建RAID的技術是新出現的一個技術方向。由于IDE設備擴展性和IDE設備支持熱插拔的技術限制，IDE設備的RAID應用尚不夠廣泛。

　　在廣電業，使用RAID技術最多的是視音頻服務器和非線性編輯硬盤塔。其它存儲設備也廣泛應用，但不如上述設備更加引人注目。

　　SAN技術

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