中小电视台非编网络带宽设计与构建

2008-07-02 01:56 来源: 《现代电视技术》 作者:福建省莆田广电中心 网友评论 0 条 浏览次数 314

   作为存储介质的硬盘阵列系统,内置硬盘有三种:PATA(IDE)、SATA和SCSI。性能方面,PATA总线的最高速度为100MB/s,SATA是150MB/s,SCSI是320 MB/s,PATA和SATA硬盘的平均无故障时间(MTBF)一般为100~120万小时,而SCSI硬盘的的MTBF一般为120~140万小时。容量与成本方面,PATA和SATA硬盘已经达到400GB,而计划上市的SCSI硬盘只达到300GB的水平。而且PATA和SATA硬盘成本更低。显然,采用SATA硬盘的磁盘阵列系统可以获得最佳性价比。理论上能以150MB/s的全速直接从硬盘向主系统进行数据传输,但是由于受PCI总线的制约:PCI总线位宽为32位,运行频率一般为33MHz,故此仅能提供32×33/8=133MB/s的峰值带宽,同时硬盘还要与其他PCI设备共用PCI总线,因此Serial ATA总线理论上的150MB/s带宽实际上难于达到,大约为133MB/s,即是133×8=1064 Mbps,同时通过多个硬盘的捆绑即可使网络达到更加可观的带宽数值,所以硬盘本身并不会成为网络带宽瓶颈。

    磁盘阵列箱 Arena SA-7230,平均传输率为320(MB/s),即320 MB/s×8=2500Mbps,足以满足系统所需要的600 Mbps码率,实际上我们经过实测最少为130 MB/s,130 MB/s×8=1040 Mbps,留有一定宽裕度。12个250GB 7200RPM的硬盘组成阵列,容量为达到250GB×12=3TB,随着将来的栏目增多,若需要增加硬盘阵列容量可以方便的升级为400GB×12=5TB。同时采用了双控制器、双电源、双风扇互为备份,提高其运行可靠性。SATA存储阵列具有明显的价格优势,虽然其带宽、寻道时间等性能指标不如FC存储,但通过针对SATA存储阵列的特点,制定合理的存储策略、优化系统结构提升其性能表现后,不仅满足了网络制播系统的存储要求,也有效地降低了系统构成成本。

    (5)非编工作站

    编辑系统工作站的配置我们考虑采用CPU+GPU+I/O技术替代原来由硬件板卡完成的功能,CPU负责完成视频数据的编解码运算;GPU负责实现视频特技和合成运算。只有基带信号的I/O需要通过特定的I/O板卡完成。我们的工作站全部采用NVIDIA GeForce FX 6800高端显示卡,代替传统的专业版卡完成各种视频特技合成效果。NVIDIA GeForce FX 6800显示卡能提供惊人的绘图效率,32位着色精准度、位移贴图,几何坐标引用,支持Pixel Shader 3.0,内载视频处理器,不仅拥有高清晰度视频解码能力,同时也是有史以来第一颗片载视频编码器的GPU,拥有硬件级的视频编码/解码能力,达到广播级的指标,保证节目制作。

    CPU+GPU+I/O卡技术在极大提升编辑系统的兼容性、稳定性和性能价格比的同时,充分利用了软件的灵活可升级特性,实现编辑系统的功能扩充和性能提升。采用帧缓冲技术,防止播放丢帧,避免了因为网络传输的发包中断给制作,播出系统造成的影响。在网络带宽抖动比较严重的情况,系统还可以通过改变缓冲区的大小避免溢出的发生,从而极大地弥补在下午繁忙时段可能因为带宽的不足而引起的断帧,保证节目的稳定流畅。

    选用MPEG-2 I 帧4:2:2P@ML 30Mbps码率的格式作为素材上载,可实现高质量的多代复制;编辑采用高压缩比的MPEG-4进行编辑,添加各种特技效果后,到有卡站点进行合成输出成MPEG-2格式节省带宽,后经转码系统转码采用MPEG-2 IBP 10Mbps码率的视音频格式至硬盘播出系统编排播出,既保证优异的电视播出信号质量,又提高了视音频数据压缩效率,节约了大量的存储空间。这样非编网制作节目经过编辑合成后,通过播出上载机,最后由硬盘播出系统编排播出。

    本着高效实用的原则,综合考虑各种因素,经过多方对比分析,最后我们决定采用基于最新的千兆铜缆(GoC)技术的千兆以太网架构,采用CPU+GPU+I/O,帧缓冲技术等关键性技术构建我台的非线性编辑系统。

   2. 设备选型

    选用思科CISCO 3750G-24T 24口千兆以太网交换机,Dell PowerEdge 2850专业服务器,配置2颗高端的CPU Xeon 3.0GHz, 内存 2GB DDR2,以满足网络接入骨干连接需求。采用Dell PowerEdge 1850专用存储服务器,采用双内核英特尔至强处理器,配置2颗CPU Xeon 3.0GHz,800MHz系统总线,其运算、网络数据传输和磁盘读取性能比较均衡,适合高性能和高密度部署需要兼顾的用户选用,支持SCSI 硬盘热插拔功能,系统安装Windows 2000 Server,通过数据库软件SQL SERVER2000实现对中心存储器的数据访问。磁盘阵列箱 采用Arena SA-7230,带宽为640Mbps,足以满足MPEG2-I帧30Mbps码率信号,有卡工作站配置HP DC7100 配置P4 3.4GHz CPU, NVIDIA GeForce FX 6800显示卡,无卡工作站配置HP DC7100,配置一颗P4 3.4GHz CPU这样可大大降低带宽的开销,节约带宽资源。

    数字有卡站点配备DVCAM,部分配置DVPRO25,采用SDI接口上下载,按ITU-R BT601-2 数字分量演播室标准,10bit信号,传送比特率为270Mbps,通过75欧姆同轴电缆在短距离内发送未经压缩的数字视频信号,同时包含音频信号,简化了系统内部不同格式数据之间的转换。两台模拟站点配置BETCAM SP 系列机,使用分量接口,一台配置VO-9800,用于早期的资料上载,这样使??卡站点配置蓝光驱动器,采用1394接口上载蓝光素材,蓝光上载比例为30:1,缩短时间,加快了工作效率。

    同时我们还配备两台Apple G5包装工作站,安装Final Cut Pro HD Retail,非编软件/Soundtrack Pro音频处理软件,Shake4包装特效软件 ,用于后期特效制作及节目包装,素材输入输出通过TGA序列或MPEG2-I等格式实现与非编网的连接。

    最后我们采用SANerey3.2在同时有4台工作站读写的测试环境下,实测数据为:写测试为25MB/s~35MB/s,读测试,35MB/s~40MB/s,这样8台精编最多占用40×2MB/s ×8=640Mbps。粗编工作站采用低码率,占用带宽很小,大约只有20Mbps,另外音频信号文件很小,不会给带宽总量带来很大的影响。从实际工作经验出发,网络中同时并发的流量的概率是很低的,而且即使出现同时并发的流量,8台工作站共享1G的带宽,对实际应用不会产生影响 ,我们设计的网络完全满足要求。

    四 结束语

    经过近一年来的运行证明,全台两个频道12个栏目在非编网上进行节目制作,每天播出总时长约在18到20个小时之间,原先所担心的在繁忙时段可能出现因网络带宽不够而导致的丢帧掉帧问题得到了根本解决,至今网络的运行状况非常良好。系统结构实现方案设计书中确定的目标,各设备有一定的富裕量以方便站点的扩容需要,系统能稳定可靠地运行,实现了资源共享,监控管理和调度切换更加方便,提高了效率和质量,降低了制作成本,很好地实现了网络化,数字化。

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