通信學(xué)論文-電視節(jié)目的存儲及管理前言電視臺對電視節(jié)目的存儲目前主要還是采用傳統(tǒng)的磁帶存儲方式，這種原始的方式有很多的弊端：易損，占地大，成本高，難于重新使用。更重要的是難于長期保存，通常在滿足磁帶保存環(huán)境的要求下，磁帶的壽命一般在10年左右，到期只能淘汰，再也不能使用。另外，對于長期積存的磁帶，各電視臺也沒有非常有效的管理工具去管理，開發(fā)，利用這些越積越多的資源，記者與節(jié)目制作人員盡管知道臺里有豐富的資料，卻由于難于查找所需的節(jié)目，而放棄使用這些幾乎免費的資源素材，更不用說向社會開放這些資源，滿足日益發(fā)展的電視節(jié)目資源的全球化共享。隨著計算機信息技術(shù)與視頻技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)壓縮方式，高速寬帶計算機網(wǎng)絡(luò)，以及大容量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，而且國際互聯(lián)網(wǎng)及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的超前發(fā)展也給電視臺節(jié)目擋案的網(wǎng)絡(luò)化存儲，查詢，共享，交流提供了可能。寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及視音頻壓縮技術(shù)的成熟，為電視臺網(wǎng)絡(luò)化鋪平了道路，今后傳統(tǒng)意義上的電視節(jié)目制作，播出設(shè)備及帶庫管理將逐步向多媒體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過渡，網(wǎng)絡(luò)所具有的高效率與靈活性等優(yōu)勢，會充分體現(xiàn)在電視臺的節(jié)目傳輸，分配，制作，播出及存儲領(lǐng)域。今天，越來越多的電視臺裝配了基于計算機系統(tǒng)平臺的非線性編輯設(shè)備，新聞制作網(wǎng)及自動化播出設(shè)備，但是作為實現(xiàn)共享的數(shù)據(jù)源節(jié)目資源的存儲及管理卻還停留在早期磁帶庫階段，究其原因，雖可舉出種種理由，但無庸諱言的是該環(huán)節(jié)已阻礙了現(xiàn)代化的視頻資源共享方式的展開。本文就是想在這方面做一些積極的探索。一.電視節(jié)目的存儲1.存儲方式的選擇電視臺所存儲的內(nèi)容以視音頻素材為主，在選擇存儲方式時，應(yīng)綜合考慮過去，現(xiàn)在，將來已經(jīng)使用或?qū)⒁褂玫姆绞?，選擇高質(zhì)量，高效率，便于利用的方式存儲各種不同類型數(shù)據(jù)。圖1給出了電視臺的節(jié)目生產(chǎn)流程。在專業(yè)視頻應(yīng)用領(lǐng)域，不管是壓縮還是非壓縮，大都集中在分量格式領(lǐng)域，因此在做格式選擇時要特別注意。根據(jù)具體應(yīng)用情況，不同階段選用相適應(yīng)的信號格式，使整個生產(chǎn)流程平滑過渡，盡量減少信號轉(zhuǎn)換造成的損失，以達(dá)到最佳質(zhì)量效果。若信號采用不壓縮方式記錄存儲，信號質(zhì)量最好，無損失。但存儲數(shù)據(jù)量非常大，以1小時無壓縮數(shù)字視頻信號D1計算，其數(shù)據(jù)量就達(dá)100GB以上，對電視臺數(shù)以萬計盤的磁帶來說，如此龐大的數(shù)據(jù)量會使存儲成本，管理費用及日維護(hù)費用非常高。隨著壓縮技術(shù)的成熟，由壓縮所帶來的信號損失也越來越小，已完全達(dá)到了制作及播出要求，因此選擇適合的壓縮技術(shù)和格式，對信號進(jìn)行壓縮后再存儲，降低存儲成本是必然的選擇。3、圖像質(zhì)量足夠高，滿足記錄重放復(fù)用的要求。7、壓縮效率高，在保證圖像質(zhì)量的前提下，降低存儲成本和維護(hù)費用，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力。9、較好的兼容性。兼容HDTV和DTV等數(shù)字電視的飛速發(fā)展，壓縮格式應(yīng)較易向數(shù)字電視過渡且損失較小。12、良好的互操作性，壓縮格式必須可應(yīng)用于節(jié)目制作及傳輸播出的全過程，以減少格式轉(zhuǎn)換帶來的損失。13、較長的技術(shù)生命周期。MPEG-2是目前全球電視行業(yè)都普遍接受的專業(yè)視音頻信號壓縮格式。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信號傳輸中，且在高清晰度電視，數(shù)字電視中也已采用了MPEG-2壓縮技術(shù)，同時MPEG-2在前期素材采集，后期節(jié)目制作領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)也在不斷發(fā)展成熟。利用存儲的節(jié)目進(jìn)行二次編輯時，無論何種壓縮格式，一般均要求采用4：2：2取樣格式，因為4；1：1或4：2：0取樣格式做二次編輯時，色度還原性較差。對于現(xiàn)存的JPEG，M-JPEG和MPEG-2壓縮方式而言，只有I幀的MPEG-2實際上與JPEG編碼相仿，兩者均采用DCT（離散余弦變換）算法，但兩者在內(nèi)部處理上有所不同，MPEG-2更加專注于視頻信號的處理，而JPEG對圖片處理擁有更大的靈活性，而對于電視編輯人員及眾多電視觀眾，這種靈活性對他們是沒有意義的。MPEG-2在處理單幀視頻信號的壓縮效率稍高于JPEG約15%-20%左右，由于兩者壓縮算法不完全相同，當(dāng)由M-JPEG轉(zhuǎn)換為MPEG-2時，不單要進(jìn)行再壓縮，同時還要進(jìn)行壓縮格式轉(zhuǎn)換，這種格式的級連轉(zhuǎn)換會造成較大損傷，而對于MPEG-2之間格式轉(zhuǎn)換來說，I幀不必再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，僅需進(jìn)行再壓縮即可，因此損失比MPEG與JPEG之間轉(zhuǎn)換小，這就是整個鏈路最好采用一種格式的原因。由于目前技術(shù)條件的限制，長GOP結(jié)構(gòu)的MPEG-2做編輯尚不成熟，但只有I幀或IB幀的GOP結(jié)構(gòu)的編輯技術(shù)已步入實用階段，隨著逐幀MPEG-2編輯技術(shù)的逐步完善，從素材采集一直到存儲播出整個鏈路均采用MPEG-2一種大格式成為可能。在不同的應(yīng)用場合，采用不同的“級”和“類”組合，配以合適的碼率，可滿足不同的使用要求，如在采集，編輯，制作階段采用只有I幀和IB幀的短GOP結(jié)構(gòu)組合的MPEG-24：2：2編碼方式，碼率選擇30-50Mb/s，重點保證編輯質(zhì)量與編輯精度；傳輸播出時可根據(jù)使用場合要求的不同選用有IBP幀的GOP（12幀）結(jié)構(gòu)組合的MPEG-24：2：2或4：2：0編碼方式，碼率選擇4-10Mb/s的低碼率；存儲時也可采用長GOP結(jié)構(gòu)的MPEG-24：2：2編碼方式，碼率選擇15-20Mb/s。這樣一來，整個鏈路均采用MPEG-2一種格式，最大限度的減少了由于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換帶來的圖像質(zhì)量劣化，使系統(tǒng)組合更為合理統(tǒng)一。2.存儲介質(zhì)的比較計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，也使其擁有的成熟技術(shù)及先進(jìn)理念，迅速滲透進(jìn)其他行業(yè)與領(lǐng)域，存儲技術(shù)就是如此。計算機的存儲系統(tǒng)是由內(nèi)存，硬盤及輔助海量存儲器（硬盤陣列，光盤庫，數(shù)據(jù)流磁帶機）構(gòu)成。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，大中小型計算機應(yīng)用系統(tǒng)配備不同的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。我們知道各種存儲介質(zhì)有其各自不同的特點和適用范圍，其容量，性能，價格關(guān)系構(gòu)成一金字塔結(jié)構(gòu)，如圖2所示，塔尖為內(nèi)存即芯片級存儲，以下依次為硬盤，光盤，數(shù)據(jù)流磁帶。內(nèi)存由于是芯片級的存儲，完全為計算機CPU專用，不能用于大容量視頻數(shù)據(jù)的存儲，本文不再詳述。下面重點對其他幾種介質(zhì)的性能，價格及其在電視領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行分析比較。2.1硬盤硬盤在計算機的硬件配置中是不可缺少的部分，主要用于計算機數(shù)據(jù)，程序，軟件的存儲。硬盤的容量決定于盤片數(shù)與面密度，問題是盤片數(shù)的增加會使硬盤體積增厚。目前高端硬盤產(chǎn)品SCSI硬盤采用的是正反面都記錄的多盤片結(jié)構(gòu)，都有磁頭用于數(shù)據(jù)的讀寫，存儲密度可以達(dá)到每盤片1820MB。硬盤的數(shù)據(jù)傳輸分為CPU通過總線在內(nèi)存與硬盤之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以及硬盤管理系統(tǒng)驅(qū)動磁頭尋道并將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭氡P片。其中后者是決定硬盤總體數(shù)據(jù)傳輸率的關(guān)鍵。SCSI硬盤的最小尋道時間為6.5ms。至于CPU與SCSI硬盤之間的數(shù)據(jù)傳輸率目前已能達(dá)到80MB/s，而且傳輸距離也可達(dá)到12m（采用68芯或50芯扁平電纜）。盡管單個SCSI硬盤的容量與數(shù)據(jù)傳輸率已相當(dāng)可觀，但為了支持海量存儲，業(yè)界一直在研究開發(fā)獨立硬盤陣列冗余技術(shù)即RAID技術(shù)，將多個SCSI硬盤做為一個邏輯硬盤，保證大型數(shù)據(jù)文件存儲的整體性。RAID技術(shù)是目前提高硬盤陣列速度和冗余的主要手段。硬盤雖然具有讀寫速度快，數(shù)據(jù)容量大的特點，但是是否就適應(yīng)于電視臺的各個環(huán)節(jié)的節(jié)目信息存儲呢？做個簡單的計算就可以得出結(jié)論：以中型電視臺10萬盤磁帶的存儲量為例，大約需要近20萬GB的信息存儲量，如果采用18GB的SCSI硬盤，售價9000元，將需要約10000個以上硬盤組成陣列，造價也成了天文數(shù)字，顯然是不現(xiàn)實的。因此在少量的信息存儲應(yīng)用中硬盤的確有較大的優(yōu)勢，比如在制作領(lǐng)域就大量用于非線性編輯設(shè)備，在播出環(huán)節(jié)也有硬盤錄象機大量用于自動播出，以FibreChannel構(gòu)造的新型新聞制作網(wǎng)也多采用硬盤陣列作為節(jié)目存儲的硬平臺。2.2光盤最新一代的大容量存儲設(shè)備是DVD，其存儲數(shù)據(jù)的格式為MPEG-2，完全能夠滿足廣播級視音頻信號的要求，它達(dá)到了目前技術(shù)上最理想的容量。DVD光盤的幾何尺寸與普通CD相同，但其容量卻是CD的8倍-15倍。對于單層DVD，其容量是4.7GB，可存放132分鐘的MPEG-2影片，這意味著標(biāo)準(zhǔn)長度的電影和數(shù)字音頻都可以記錄在一張DVD光盤上。要實現(xiàn)必須將所有數(shù)據(jù)按一定的格式存放在DVD盤上，DVD播放機才能讀出這些數(shù)據(jù),播放出高品質(zhì)的畫面和優(yōu)美動聽的音樂。其中影像采用MPEG2壓縮，音效可采用MPEG2Audio、DOLBYAC3、LPCM及DTS，基本上是把視頻訊號壓縮至1/40左右，但是MPEG2的壓縮率是可變的，MPEG2速率平均為3.5Mbps，最高約11Mbps，DVD的分辨率為720480，35萬像素，水平掃描超過500條，而且還有多國字幕。那么132分鐘是怎么算出來的呢？它是MPEG23.5MbpsAC35.1CH384Kbps3字幕10Kbps4=0.59M/S除以單面單層4.7G，大約就是132分鐘了，其中AC35.1CH表示6個聲道。而采用雙層雙面技術(shù)的DVD盤存儲容量達(dá)17GB，能連續(xù)播放8小時的廣播級節(jié)目。通常說的DVD實際上可分為只讀（DVD-ROM，DVD-Video,DVD-Audio），只寫一次（DVD-R(Recordable)）和可重寫三種規(guī)格。DVDVideo和DVDAudio多用于影音電視設(shè)備,而DVDROM、DVDR、可重寫DVD則多用于計算機設(shè)備中。其中DVDVIDEO和DVDROM標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一。只讀DVD的發(fā)展?fàn)顩r見表1。只讀DVD技術(shù)相對比較成熟，也有一些應(yīng)用于電視領(lǐng)域的實例，主要是被建成光盤庫，用于自動播出或?qū)ε_存節(jié)目資料進(jìn)行長期保存。這種方式不僅具有容量優(yōu)勢，而且還克服了傳統(tǒng)錄象帶質(zhì)量易劣化，占用空間大，查詢管理困難，利用率低等缺點，并且它在保存圖象清晰度，音響保真度，數(shù)據(jù)傳輸率，糾錯能力及用戶間交錯功能等方面也優(yōu)于傳統(tǒng)的磁帶。表2以DVD-Video為例給出了DVD存儲視頻，聲音和字幕子圖象編碼的有關(guān)參數(shù)。從表2可以看出，只讀DVD-Video的傳輸碼率范圍為1-10Mbps（視頻），遠(yuǎn)小于電視節(jié)目制作所要求的30-50Mbps的碼率，它只能剛剛達(dá)到傳輸播出的4-10Mbps的低碼率要求，對于存儲要求15-20Mbps的碼率要求而言，也顯低。要想真正利用DVD于電視節(jié)目制作和存儲，必須使用更先進(jìn)的DVD技術(shù)。只寫一次的DVD-R使用有機染料作為信息記錄層，可以說它是DVD版本的CD-R。目前DVD-R刻錄機只有整盤刻寫和增量刻寫兩種刻錄方式，一臺售價約為5000美元左右，相當(dāng)昂貴。與只讀DVD相比，技術(shù)指標(biāo)上沒有更多改進(jìn)，主要用于DVD節(jié)目的編輯，檢驗和小批量發(fā)行，不適宜于電視臺節(jié)目的制作與大量