孫　勇　任月琳

摘要：本文介紹了電視臺(tái)硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)主要技術(shù)，分析研究了其中的硬盤的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：硬盤；RAID；播出系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Application Research on the Hard Disk of the HDAPS for Television Station

SUN Yong,REN Yue-lin

(1.Zhejiang Economic & Trade Polytechnic,Information Technology Department,Hangzhou 310018,China;2.Zhejiang University of Media And Communications,Hangzhou 310018,China)

Abstract:The paper introduces the main technology of Hard Disk Auto Play System,analyses the key technology of Hard Disk in that System.

Key words:Hard Disk;RAID;Play System

近年來， “硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)（Hard Disk Auto PLAY System，簡稱HDAPS）”逐漸淘汰了原來以切換臺(tái)為核心，由錄像機(jī)主播的模擬播出方式，跨入由硬盤播出服務(wù)器為主、通過自動(dòng)切換器轉(zhuǎn)播其他電視節(jié)目為輔助的全自動(dòng)硬盤播出時(shí)代。硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)，簡稱自動(dòng)播出，其基本工作原理是：首先將要播出的電視節(jié)目信號(hào)如模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)通過采集卡進(jìn)行視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤中，然后用自動(dòng)播出軟件編排節(jié)目播出表，最終由專業(yè)播出板卡輸出音視頻信號(hào)到播出發(fā)射設(shè)備。[1]

電視臺(tái)硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)作為一個(gè)全新的技術(shù)對(duì)廣電系統(tǒng)數(shù)字化進(jìn)程意義重大，而硬盤在這個(gè)系統(tǒng)中起到十分重要的作用，本文主要就針對(duì)其相關(guān)硬盤部分的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)中高速視頻硬盤的應(yīng)用

由于在硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)中傳輸?shù)囊曨l信號(hào)具有數(shù)據(jù)量大、傳輸速率高的特點(diǎn)，因此對(duì)硬盤的要求較高。那么如何為系統(tǒng)選擇合適硬盤類型呢？它與現(xiàn)在普遍使用的硬盤有什么重要的區(qū)別呢？本文將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考量。

從主軸轉(zhuǎn)速上考量

硬盤的轉(zhuǎn)速多為5400rpm、7200rpm、10000rpm和15000rpm。轉(zhuǎn)速越高意味著硬盤的平均尋道時(shí)間越短，能夠更迅速找到需要的磁道和扇區(qū)?，F(xiàn)在普通的IDE硬盤轉(zhuǎn)速一般達(dá)到7200rpm，而硬盤播出系統(tǒng)需求的是高速視頻硬盤，其轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到10000rpm及以上

從硬盤接口方面考量

硬盤接口是硬盤與主機(jī)系統(tǒng)間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機(jī)內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)。不同的硬盤接口決定著硬盤與計(jì)算機(jī)之間的連接速度。硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，也部分應(yīng)用于服務(wù)器，SCSI接口的硬盤則主要應(yīng)用于服務(wù)器市場，而光纖通道只在高端服務(wù)器上，價(jià)格昂貴。SATA是種新生的硬盤接口類型，已經(jīng)逐步代替IDE硬盤在市場的地位。相比較而言，硬盤播出系統(tǒng)中的硬盤系統(tǒng)需要具有應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等特點(diǎn)，而SCSI接口硬盤正好滿足這些要求，具有較高的性價(jià)比。采用Ultra WIDE、Ultra 2 WIDE、Ultra 160/m標(biāo)準(zhǔn)的SCSI接口速度已經(jīng)分別可以達(dá)到40MB/s、80MB/s、160MB/s，現(xiàn)在Ultra 320標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定，數(shù)據(jù)傳輸率已經(jīng)達(dá)到了320MB/s。[2]這樣將有利于提高視頻信號(hào)的存儲(chǔ)時(shí)間以及存儲(chǔ)質(zhì)量。從目前國內(nèi)各級(jí)電視臺(tái)針對(duì)硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)的應(yīng)用和籌建需求的考察，SCSI接口硬盤是系統(tǒng)中較為廣泛的選擇。但隨著硬盤播出系統(tǒng)的不斷完善以及多頻道播出和大量新興業(yè)務(wù)播出的需要，針對(duì)多硬盤存儲(chǔ)系統(tǒng)，為提高多硬盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度和靈活性而開發(fā)的光纖通道硬盤將成為今后的發(fā)展趨勢，它具有熱插拔性、高速帶寬、遠(yuǎn)程連接、連接設(shè)備數(shù)量大等特點(diǎn)，能滿足高端工作站、服務(wù)器、海量存儲(chǔ)子網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)間通過集線器、交換機(jī)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接進(jìn)行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對(duì)高數(shù)據(jù)傳輸率的要求。

從熱插拔特性方面考量：

熱插拔(Hot Swap)是一些服務(wù)器支持的硬盤安裝方式，電視臺(tái)硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)中需要在服務(wù)器不停機(jī)的情況下拔出或插入硬盤，而操作系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別硬盤的改動(dòng)。這種技術(shù)對(duì)于24小時(shí)不間斷運(yùn)行的服務(wù)器特別是的視頻服務(wù)器來說是非常必要的。普通的硬盤一般不支持熱插拔，所以我們需要為硬盤播出系統(tǒng)選擇符合熱插拔標(biāo)準(zhǔn)的高速視頻硬盤才可以實(shí)現(xiàn)熱插拔，達(dá)到系統(tǒng)的需求。

從緩存容量方面考量

提高硬盤高速緩存的容量也是一條提高硬盤整體性能的捷徑。因?yàn)橛脖P的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外部傳輸速度不同。因此需要緩存來做一個(gè)速度適配器。緩存的大小對(duì)于硬盤的持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速度有著極大的影響。它的容量有512KB、2MB、4MB，甚至8MB或16MB，對(duì)于視頻捕捉、影像編輯等要求大量磁盤輸入/輸出的工作，大的硬盤緩存是非常理想的選擇。高速視頻硬盤一般都配置了容量相對(duì)較大達(dá)到8MB及以上。同時(shí)，高速視頻硬盤采用了巨型磁阻磁頭(GMR)技術(shù)，其讀、寫分別由不同的磁頭來完成，大大提高了硬盤的速度。而IDE硬盤的緩存容量則比較小，一般為2MB，雖然現(xiàn)在也出現(xiàn)了8MB緩存的IDE硬盤，提高了一些IDE硬盤的性能，但是由于IDE硬盤的先天不足，所以其性能沒有得到顯著的提升。

從擴(kuò)展性方面考量

高速視頻硬盤的擴(kuò)展性要比IDE好得多。一般每個(gè)IDE系統(tǒng)可有兩個(gè)IDE通道，總共連4個(gè)IDE設(shè)備，使用比較特殊技術(shù)的主板也只能最大支持8個(gè)設(shè)備。而SCSI接口可連接7~15個(gè)設(shè)備，比IDE要多很多。現(xiàn)在IDE只有硬盤和光驅(qū)兩類設(shè)備，SCSI則多得多，比如掃描儀、打印機(jī)等。IDE的電纜長度大約為45cm，SCSI則可以達(dá)到1.5~12m，甚至更長，安裝的自由度高了很多。由于高速視頻硬盤設(shè)備的中斷共享，即只由SCSI卡占用一個(gè)中斷，連接在其上的設(shè)備由SCSI卡提供ID地址。因此使中斷得到了擴(kuò)展，解決了出現(xiàn)中斷沖突的問題。

從多任務(wù)方面考量

高速視頻硬盤支持多任務(wù)，表現(xiàn)在它允許對(duì)一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，另一設(shè)備對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)查找，這在如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)中非常重要，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常需要同時(shí)處理許多并行請(qǐng)求，此時(shí)如果存儲(chǔ)系統(tǒng)不支持多任務(wù)性，那存儲(chǔ)系統(tǒng)都不知道該去響應(yīng)誰的請(qǐng)求了。

2 硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)中RAID存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用

在廣播電視行業(yè)，特別是硬盤播出系統(tǒng)中硬盤系統(tǒng)安全、高速一直放在首要位置，硬盤播出系統(tǒng)的核心設(shè)備是視頻服務(wù)器，而存儲(chǔ)的介質(zhì)便是硬盤，因此視頻服務(wù)器所管理的硬盤存儲(chǔ)技術(shù)是硬盤播出系統(tǒng)又一關(guān)鍵技術(shù)。視頻服務(wù)器的硬盤均采用RAID技術(shù)， RAID是由美國加州大學(xué)伯克利分校的D .A .Patterson教授在1988年提出的。直譯為“廉價(jià)冗余磁盤陣列”，簡稱為“磁盤陣列”。通俗而言，RAID技術(shù)是將多塊硬盤組成一個(gè)陣列，將數(shù)據(jù)以分段方式存儲(chǔ)在不同的磁盤中，存取數(shù)據(jù)時(shí)陣列中相關(guān)磁盤一起動(dòng)作，這樣可大大減少數(shù)據(jù)的存取時(shí)間。

RAID技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

(1)傳輸速率高

在RAID中，可以讓多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器同時(shí)并行傳輸數(shù)據(jù)，而這些磁盤驅(qū)動(dòng)器在邏輯上又呈現(xiàn)出一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器，便于操作系統(tǒng)管理，所以使用RAID可以達(dá)到單個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率，這也是RAID最初想要解決的問題。因?yàn)楫?dāng)時(shí)CPU的速度增長很快，而磁盤驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸速率無法大幅度提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾，這是RAID技術(shù)得以成功的最重要原因。

(2)提供容錯(cuò)能力

普通磁盤驅(qū)動(dòng)器無法提供容錯(cuò)功能，像寫在磁盤上的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼的技術(shù)只是一種軟件技術(shù)，而RAID容錯(cuò)能力是建立在每個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的硬件容錯(cuò)上的，所以它所提供的安全能力是軟件容錯(cuò)技術(shù)所無法做到的。

目前用于廣電行業(yè)的視頻服務(wù)器的硬盤陣列多采用RAID 3與RAID 5

RAID 3采用奇偶校驗(yàn)碼技術(shù)，把數(shù)據(jù)分成多個(gè)“塊”，按照一定的容錯(cuò)算法，以位或字節(jié)為單位，存放在N+1塊硬盤上，實(shí)際數(shù)據(jù)占用的有效空間為N塊硬盤的空間總和，而第N十1塊硬盤上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是校驗(yàn)容錯(cuò)信息，用一塊硬盤來存儲(chǔ)校驗(yàn)碼。但其存在的問題是當(dāng)要向某一塊硬盤的某一個(gè)扇區(qū)寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候，就要讀取其他數(shù)據(jù)硬盤相同位置的數(shù)據(jù)，并算出校驗(yàn)碼再寫入存儲(chǔ)校驗(yàn)碼的硬盤。所以，RAID 3不適合需要經(jīng)常寫入零碎文件的場合。當(dāng)更換一塊新硬盤后，系統(tǒng)可以重新恢復(fù)完整的校驗(yàn)容錯(cuò)信息。由于在一塊硬盤陣列中，多于一塊硬盤同時(shí)出現(xiàn)故障率的幾率很小，所以一般情況下，使用RAID 3安全性是可以得到保障的。與RAID 0相比，RAID 3在讀寫速度方面相對(duì)較慢。

RAID 5采用無獨(dú)立校驗(yàn)盤的奇偶校驗(yàn)磁盤陣列技術(shù)，即將本來存儲(chǔ)在一塊硬盤上的奇偶校驗(yàn)塊按一定的順序平均放到每一塊硬盤上。這樣做就避免了在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)πｒ?yàn)硬盤過于頻繁的讀寫，同時(shí)這也大幅度提高了寫入零散數(shù)據(jù)時(shí)的效率。具有讀寫速度快、空間利用

RAID技術(shù)具有海量存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)可自動(dòng)恢復(fù)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，它不僅很好的實(shí)現(xiàn)了廣播電視節(jié)目制作、播出時(shí)的資源共享，同時(shí)也解決了節(jié)目播出所需要的安全性問題。隨著RAID技術(shù)的不斷發(fā)展，它必定會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]硬盤自動(dòng)播出系統(tǒng)用戶手冊(cè).www.AutoPLAY.cn,2006.12.10

[2]技術(shù)與優(yōu)勢：詳談SCSI硬盤

收稿日期：2008-03-10