高校網絡化影視編輯實驗室的建設探析

【摘要】該文對高校影視編輯實驗室網絡化建設的必要性、基本原則和關鍵技術進行了分析，并從高校影視實驗教學的需要出發，探討了當前幾種組網方案的特點和運行機制。

【關鍵詞】網絡化;非線性編輯實驗室;FC-SAN;NAS;IP-SAN

【中圖分類號】G420【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)05—0130—03

近年來，影視教育在我國得到了蓬勃發展，截至2008年4月，開設影視類專業的本科院校數量已經達到了普通本科院校總數的四分之三[1]。在各高校相關專業開設的影視制作類課程中，非線性編輯實驗已經成為專業課程實踐的核心，而非線性編輯實驗室則是學生掌握現代影視編輯技巧、提高藝術創新意識的重要基地。

傳統的非線性編輯系統主要是配備了專用音視頻板卡、錄像機、字幕機等硬件板卡設備的有卡工作站，很多高校的影視編輯實驗室還有這類有卡非編系統，但是每套系統的外圍設備都比較多，價格較高，再加上其核心功能依賴固化的硬件，升級代價高，難以成規模投入。而且由于素材復制質量差、傳輸速度慢，不容易實現資源共享，因而難以滿足大規模實驗教學與實踐創作的需求。

隨著計算機技術的飛速發展，非線性編輯實驗室廣泛采用無卡編輯——PC機安裝非編軟件的方式進行教學實踐，但是由于脫離了有卡非編環境，實驗內容很難與影視節目制作實踐相結合，大多情況下學生只能進行紙上談兵式的簡單訓練。另外，各單機重復存儲音視頻素材，造成了存儲介質的緊張和浪費。如果通過網絡將有卡非編系統和無卡非編系統連接起來，共享資源，協同工作，就可以提高設備的利用率和工作效率。因此，高校影視非編實驗室進行網絡化建設是必要的。

一 網絡化影視編輯實驗室建設的基本原則

網絡化影視編輯實驗室是一個復雜的系統，各種設備在性價比、管理和維護等方面差別較大，所以在建設過程中，需要從以下幾點綜合考慮[2]:

經濟性。對于普通院校來說，網絡非編系統較高的資金投入是面臨的第一個問題，要滿足常規實驗教學需要，必須有選擇地配置典型設備，追求性能、價格與教學實踐需求之間的平衡。

可靠性。對于使用頻繁的高校實驗室來說，穩定、安全、易于維護等因素應該得到保證，其中包括計算機與網絡硬件的穩定性、數據服務器的安全性等，所以系統不必太復雜，同時提供可靠的管理功能，便于技術維護。

可擴展性。科學技術的發展日新月異，要滿足教學需要，非編系統也需要不斷的升級換代和擴展性能，所以建設的網絡非編實驗室要有良好的擴充性和兼容性。

二 影視編輯實驗室網絡化建設的關鍵技術

1 CPU+GPU+I/O技術

作為第三代主流非編系統的核心，CPU+GPU+I/O技術利用PC平臺中的CPU和顯卡芯片GPU以及復雜度不高的音視頻接口卡，再輔以相關軟件，組合完成了原來由若干專用板卡設備所完成的功能。CPU負責音視頻解碼運算[3]，GPU負責視頻特技與合成運算，基于PCI總線的I/O卡提供了形式多樣的模擬與數字接口，負責音視頻信號的輸入輸出。這種架構無需專業板卡，性價比高，依靠軟件就能實現視音頻混編、特效以及三維特技，而且硬件和軟件都易于升級。目前基于這種技術的非編已經可以進行四層以上視頻特技的實時輸出，達到甚至超過傳統中低檔板卡的編輯輸出效果。

2 壓縮編碼技術

在當代數字壓縮編碼領域，MPEG-2和MPEG-4格式都以較高的編碼效率、良好的視音頻質量和較高的靈活性等優點，已經成為通行的標準，所以網絡編輯系統可以基于這兩個標準工作。

3 軟件技術

目前的非編軟件已經能夠支持如M-JPEG、MPEG-2 I、MPEG-2 IBP、IMX、DV、DV25、DV50、DVCAM、DVCPRO、DVCPRO50、WMV9、MPEG-4等多格式視音頻混編，還可以通過添加插件的方式支持未來新的視音頻格式。同時支持ALPHA通道的視頻軌編輯，可以將3Dmax、After Effect等第三方軟件渲染出的序列文件進行編輯，可以采用軟件方式直接生成三維特技，并支持Boris或After Effect等插件。聲音支持5.1聲道，內置混音器，支持更多聲軌。生成文件的格式包括MPEG-2 I幀、MPEG-2 IBP、DV /DVCPR /DVCAM、DVD、MPEG-4、WMV9等，便于存儲、硬盤播出或網絡傳輸。

4 FC-SAN與NAS技術

FC(Fiber Channel:光纖通道)，SAN(Storage Area Network:存儲區域網)，FC-SAN是光纖網和千兆以太網的組合，所以又稱“雙網”架構。FC在高碼率、大數據量的視音頻文件的實時讀寫運用中，能提供穩定的網絡帶寬，保證了非編網絡實時編輯無阻塞的穩定運行;千兆以太網則用于傳輸非編網絡的控制信息和元數據信息，提供了FC-SAN的帶外管理功能。

NAS(Network Attached Storage:網絡附加存儲)是專用數據存儲服務器，包括存儲器件(例如磁盤陣列、CD/DVD 驅動器、磁帶驅動器或可移動的存儲介質)和內嵌系統軟件，可提供跨平臺文件共享功能。NAS和SAN區別就在于NAS 有文件操作和管理系統，而SAN卻沒有這樣的系統功能，其功能僅僅停留在文件管理的下一層，即數據管理[4]。

5 IP-SAN技術

IP-SAN就是基于iSCSI協議將TCP/IP和SAN結合起來在以太網中運行，存儲磁盤陣列成為IP可尋址的設備在客戶端就像一塊本地磁盤。而且iSCSI協議實現了對存儲設備的數據塊級共享訪問，使用普通的千兆網卡可以實現1Gb/s的帶寬。IP-SAN比“雙網”架構具有造價相對較低、網絡管理簡單、網絡兼容性好的優點，傳輸數據的性能良好，逐步成為中型以下網絡的首選。

6 VLAN技術

VLAN(虛擬局域網)是一種將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網段，或者更小的局域網LAN，從而實現虛擬工作組的數據交換技術。其好處主要有兩個:(1)安全獨立。即便在同一個交換機上，處于不同VLAN的端口也是不能通信的。在實驗教學中就可以有效防止病毒傳播以及作業抄襲。(2)靈活管理。更改用戶所屬的網絡不必更換端口和連線，只更改軟件配置就可以了。

三 影視編輯實驗室的組網方案及運行機制

1 雙網架構

這種網絡主要由FC設備與軟件、千兆以太網設備組成。FC設備與軟件包括FC交換機、FC硬盤陣列、FC網卡、FC網絡管理軟件、MDC服務器。千兆以太網設備包括SCSI硬盤陣列、千兆交換機、服務器、有卡工作站、無卡工作站、學生機等。雙網結構借助FC通道構建一個高速網絡，供有卡工作站實時處理和存儲高碼率的音視頻素材，千兆以太網絡用于傳輸高壓縮比、低質量的視音頻素材和整個系統的管理。其結構如圖1所示。

大容量和高速度的FC磁盤陣列作為網絡中心存儲體，用來存儲節目和素材文件，供網內站點共享使用。有卡工作站通過FC鏈路直接訪問，無卡工作站則通過以太網經由MDC服務器(光纖通道的文件管理服務器)間接訪問。工作時，有卡工作站將低壓縮比、高質量、高速率的視音頻素材傳輸到FC硬盤陣列，實現快速上載;高壓縮比、低質量的視音頻素材利用千兆以太網傳到以太網服務器硬盤中，各個無卡工作站可調用該服務器的素材進行非線性編輯，編輯好的節目形成EDL，輸出時根據EDL文件，在硬盤陣列中用相應的高質量素材替換低畫質素材，最后形成高質量的節目輸出。

這種結構的網絡非編系統能提供實時的廣播級視音頻素材訪問，有強大的網絡管理功能。但是，要保證每臺編輯站點實時編輯的讀寫帶寬，必須采用吞吐帶寬很高的高端FC磁盤陣列，同時還要使用端口數更多的FC交換機，再加上光纖網絡本身價格不菲，所以該架構在普通高校非編實驗室建設中不具有推廣意義。

2 NAS架構

顧名思義，這種架構以NAS為核心，NAS在千兆以太網中獨占節點，通過服務器集中存儲、管理和處理網絡中的所有數據。這種結構組網簡單，管理方便，但是因為數據傳輸需要經過打包和多層協議棧，容易產生網絡擁堵，這對于大規模的高校實驗室建設不太適合。其結構如圖2所示。

3 IP-SAN架構

IP-SAN是一種純粹的千兆以太網結構，存儲服務器可以采用SCSI或SATA硬盤組成的RAID陣列，在性能上很接近雙網結構，但是與光纖網卡、光纖磁盤陣列、光纖交換機等設備的高昂價格相比，IP-SAN的造價要低很多。其網絡結構如圖3所示。

IP-SAN具有1G/bps傳輸帶寬，理論上能夠負擔20臺標清工作站同時進行雙軌編輯的網絡開銷，對于高校常規非編實驗教學來說，基本可以滿足需要。如果需要建設中等規模以上的非編網絡實驗室，或者建設高清非編實驗室，除了考慮網絡帶寬開銷之外，還要考慮磁盤陣列的存儲空間和吞吐帶寬，以及網絡系統的穩定性和安全性，這時就應該采用分布式存儲結構，即多級網絡存儲。

以二級分布式存儲為例，根據需要將適量的非編工作站與一級存儲組成若干子網，在此基礎上再將二級存儲架構在大IP-SAN中，通過配置遷移軟件和制定遷移策略對子網進行備份。子網中的站點可以配置雙網卡，同時連接子網內的一級存儲和大網的二級存儲，若某子網出故障，其子網站點可由二級存儲接管。此外，整個網絡中所有子網站點可通過二級存儲實現共享。通過分布式存儲，可以有效均衡網絡負載，保證各工作站多路編輯的帶寬和安全。

在IP-SAN子網內內，還可以采用VLAN技術劃分邏輯網段，其主要目的是防止學生在實驗教學和考試中抄襲。此外，必須加強存儲服務器的病毒防護能力，若有必要，可以封閉工作站USB接口并加裝還原卡，所有上載和下載工作由指定的高安全等級工作站完成，為實驗室數據安全提供了一定保障。

以筆者所在的傳媒實驗教學中心為例，2001年至2008年，各影視編輯實驗室從單機獨立實驗發展到聯網集中實驗，前期影視編輯網絡采用了簡便易行的NAS架構。隨著實驗設備臺套數的不斷增加，大班實驗時不斷出現網絡擁堵，于是在2009年初，中心對影視編輯實驗室進行了網絡重構。初期擬采用最理想的雙網架構，但是成本預算過高，未能實行，轉而采用了IP-SAN架構，以較小的成本解決了上述問題，至今運行狀況良好，保證了我校影視編輯實驗教學和研究工作。

四 結語

計算機網絡以及軟件技術的不斷發展，為高校影視編輯實驗室的網絡化建設提供了豐富的技術支持，各高校可以根據實際需要和資金規模，在影視編輯實驗室網絡化改造或建設時，按照綜合效益最大化原則，選擇合適的方案，構建滿足影視實驗教學需要的網絡系統。

參考文獻

[1] 王志敏，趙楠中國影視教育專業課程設置與改革的若干問題[J].藝術百家，2009，(2):107-112.

[2] 夏志強，陳少華.高校網絡非線性編輯實驗室的設計[J].中國有線電視，2007，(1):68-71.

[3] 張慶強，等.基于CPU+GPU的非線性編輯系統全面解析[J].中國有線電視，2006，(14):1389-1391.

[4] 燕琳，郭義凱.基于千兆以太網的非編網解決方案[J].現代電視技術，2006，(4):109-111.