【摘要】該文對高校影視編輯實驗室網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的必要性、基本原則和關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，并從高校影視實驗教學(xué)的需要出發(fā)，探討了當(dāng)前幾種組網(wǎng)方案的特點和運行機制。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)化;非線性編輯實驗室;FC-SAN;NAS;IP-SAN

【中圖分類號】G420【文獻標(biāo)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(fā)展，截至2008年4月，開設(shè)影視類專業(yè)的本科院校數(shù)量已經(jīng)達到了普通本科院校總數(shù)的四分之三[1]。在各高校相關(guān)專業(yè)開設(shè)的影視制作類課程中，非線性編輯實驗已經(jīng)成為專業(yè)課程實踐的核心，而非線性編輯實驗室則是學(xué)生掌握現(xiàn)代影視編輯技巧、提高藝術(shù)創(chuàng)新意識的重要基地。

傳統(tǒng)的非線性編輯系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)，但是每套系統(tǒng)的外圍設(shè)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(guī)模投入。而且由于素材復(fù)制質(zhì)量差、傳輸速度慢，不容易實現(xiàn)資源共享，因而難以滿足大規(guī)模實驗教學(xué)與實踐創(chuàng)作的需求。

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)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(xué)實踐，但是由于脫離了有卡非編環(huán)境，實驗內(nèi)容很難與影視節(jié)目制作實踐相結(jié)合，大多情況下學(xué)生只能進行紙上談兵式的簡單訓(xùn)練。另外，各單機重復(fù)存儲音視頻素材，造成了存儲介質(zhì)的緊張和浪費。如果通過網(wǎng)絡(luò)將有卡非編系統(tǒng)和無卡非編系統(tǒng)連接起來，共享資源，協(xié)同工作，就可以提高設(shè)備的利用率和工作效率。因此，高校影視非編實驗室進行網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)是必要的。

一 網(wǎng)絡(luò)化影視編輯實驗室建設(shè)的基本原則

網(wǎng)絡(luò)化影視編輯實驗室是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，各種設(shè)備在性價比、管理和維護等方面差別較大，所以在建設(shè)過程中，需要從以下幾點綜合考慮[2]:

經(jīng)濟性。對于普通院校來說，網(wǎng)絡(luò)非編系統(tǒng)較高的資金投入是面臨的第一個問題，要滿足常規(guī)實驗教學(xué)需要，必須有選擇地配置典型設(shè)備，追求性能、價格與教學(xué)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(wěn)定、安全、易于維護等因素應(yīng)該得到保證，其中包括計算機與網(wǎng)絡(luò)硬件的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)服務(wù)器的安全性等，所以系統(tǒng)不必太復(fù)雜，同時提供可靠的管理功能，便于技術(shù)維護。

可擴展性?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，要滿足教學(xué)需要，非編系統(tǒng)也需要不斷的升級換代和擴展性能，所以建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

1 CPU+GPU+I/O技術(shù)

作為第三代主流非編系統(tǒng)的核心，CPU+GPU+I/O技術(shù)利用PC平臺中的CPU和顯卡芯片GPU以及復(fù)雜度不高的音視頻接口卡，再輔以相關(guān)軟件，組合完成了原來由若干專用板卡設(shè)備所完成的功能。CPU負責(zé)音視頻解碼運算[3]，GPU負責(zé)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(shù)字接口，負責(zé)音視頻信號的輸入輸出。這種架構(gòu)無需專業(yè)板卡，性價比高，依靠軟件就能實現(xiàn)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(shù)的非編已經(jīng)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(tǒng)中低檔板卡的編輯輸出效果。

2 壓縮編碼技術(shù)

在當(dāng)代數(shù)字壓縮編碼領(lǐng)域，MPEG-2和MPEG-4格式都以較高的編碼效率、良好的視音頻質(zhì)量和較高的靈活性等優(yōu)點，已經(jīng)成為通行的標(biāo)準(zhǔn)，所以網(wǎng)絡(luò)編輯系統(tǒng)可以基于這兩個標(biāo)準(zhǔn)工作。

3 軟件技術(shù)

目前的非編軟件已經(jīng)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)傳輸。

4 FC-SAN與NAS技術(shù)

FC(Fiber Channel:光纖通道)，SAN(Storage Area Network:存儲區(qū)域網(wǎng))，F(xiàn)C-SAN是光纖網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)的組合，所以又稱“雙網(wǎng)”架構(gòu)。FC在高碼率、大數(shù)據(jù)量的視音頻文件的實時讀寫運用中，能提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)帶寬，保證了非編網(wǎng)絡(luò)實時編輯無阻塞的穩(wěn)定運行;千兆以太網(wǎng)則用于傳輸非編網(wǎng)絡(luò)的控制信息和元數(shù)據(jù)信息，提供了FC-SAN的帶外管理功能。

NAS(Network Attached Storage:網(wǎng)絡(luò)附加存儲)是專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，包括存儲器件(例如磁盤陣列、CD/DVD 驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器或可移動的存儲介質(zhì))和內(nèi)嵌系統(tǒng)軟件，可提供跨平臺文件共享功能。NAS和SAN區(qū)別就在于NAS 有文件操作和管理系統(tǒng)，而SAN卻沒有這樣的系統(tǒng)功能，其功能僅僅停留在文件管理的下一層，即數(shù)據(jù)管理[4]。

5 IP-SAN技術(shù)

IP-SAN就是基于iSCSI協(xié)議將TCP/IP和SAN結(jié)合起來在以太網(wǎng)中運行，存儲磁盤陣列成為IP可尋址的設(shè)備在客戶端就像一塊本地磁盤。而且iSCSI協(xié)議實現(xiàn)了對存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)塊級共享訪問，使用普通的千兆網(wǎng)卡可以實現(xiàn)1Gb/s的帶寬。IP-SAN比“雙網(wǎng)”架構(gòu)具有造價相對較低、網(wǎng)絡(luò)管理簡單、網(wǎng)絡(luò)兼容性好的優(yōu)點，傳輸數(shù)據(jù)的性能良好，逐步成為中型以下網(wǎng)絡(luò)的首選。

6 VLAN技術(shù)

VLAN(虛擬局域網(wǎng))是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個個網(wǎng)段，或者更小的局域網(wǎng)LAN，從而實現(xiàn)虛擬工作組的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。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(xué)中就可以有效防止病毒傳播以及作業(yè)抄襲。(2)靈活管理。更改用戶所屬的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)方案及運行機制

1 雙網(wǎng)架構(gòu)

這種網(wǎng)絡(luò)主要由FC設(shè)備與軟件、千兆以太網(wǎng)設(shè)備組成。FC設(shè)備與軟件包括FC交換機、FC硬盤陣列、FC網(wǎng)卡、FC網(wǎng)絡(luò)管理軟件、MDC服務(wù)器。千兆以太網(wǎng)設(shè)備包括SCSI硬盤陣列、千兆交換機、服務(wù)器、有卡工作站、無卡工作站、學(xué)生機等。雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)借助FC通道構(gòu)建一個高速網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)用于傳輸高壓縮比、低質(zhì)量的視音頻素材和整個系統(tǒng)的管理。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

大容量和高速度的FC磁盤陣列作為網(wǎng)絡(luò)中心存儲體，用來存儲節(jié)目和素材文件，供網(wǎng)內(nèi)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(wǎng)經(jīng)由MDC服務(wù)器(光纖通道的文件管理服務(wù)器)間接訪問。工作時，有卡工作站將低壓縮比、高質(zhì)量、高速率的視音頻素材傳輸?shù)紽C硬盤陣列，實現(xiàn)快速上載;高壓縮比、低質(zhì)量的視音頻素材利用千兆以太網(wǎng)傳到以太網(wǎng)服務(wù)器硬盤中，各個無卡工作站可調(diào)用該服務(wù)器的素材進行非線性編輯，編輯好的節(jié)目形成EDL，輸出時根據(jù)EDL文件，在硬盤陣列中用相應(yīng)的高質(zhì)量素材替換低畫質(zhì)素材，最后形成高質(zhì)量的節(jié)目輸出。

這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)非編系統(tǒng)能提供實時的廣播級視音頻素材訪問，有強大的網(wǎng)絡(luò)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(shù)更多的FC交換機，再加上光纖網(wǎng)絡(luò)本身價格不菲，所以該架構(gòu)在普通高校非編實驗室建設(shè)中不具有推廣意義。

2 NAS架構(gòu)

顧名思義，這種架構(gòu)以NAS為核心，NAS在千兆以太網(wǎng)中獨占節(jié)點，通過服務(wù)器集中存儲、管理和處理網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)。這種結(jié)構(gòu)組網(wǎng)簡單，管理方便，但是因為數(shù)據(jù)傳輸需要經(jīng)過打包和多層協(xié)議棧，容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁堵，這對于大規(guī)模的高校實驗室建設(shè)不太適合。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 IP-SAN架構(gòu)

IP-SAN是一種純粹的千兆以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，存儲服務(wù)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(wǎng)結(jié)構(gòu)，但是與光纖網(wǎng)卡、光纖磁盤陣列、光纖交換機等設(shè)備的高昂價格相比，IP-SAN的造價要低很多。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

IP-SAN具有1G/bps傳輸帶寬，理論上能夠負擔(dān)20臺標(biāo)清工作站同時進行雙軌編輯的網(wǎng)絡(luò)開銷，對于高校常規(guī)非編實驗教學(xué)來說，基本可以滿足需要。如果需要建設(shè)中等規(guī)模以上的非編網(wǎng)絡(luò)實驗室，或者建設(shè)高清非編實驗室，除了考慮網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，這時就應(yīng)該采用分布式存儲結(jié)構(gòu)，即多級網(wǎng)絡(luò)存儲。

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

在IP-SAN子網(wǎng)內(nèi)內(nèi)，還可以采用VLAN技術(shù)劃分邏輯網(wǎng)段，其主要目的是防止學(xué)生在實驗教學(xué)和考試中抄襲。此外，必須加強存儲服務(wù)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(shù)據(jù)安全提供了一定保障。

以筆者所在的傳媒實驗教學(xué)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(fā)展到聯(lián)網(wǎng)集中實驗，前期影視編輯網(wǎng)絡(luò)采用了簡便易行的NAS架構(gòu)。隨著實驗設(shè)備臺套數(shù)的不斷增加，大班實驗時不斷出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵，于是在2009年初，中心對影視編輯實驗室進行了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。初期擬采用最理想的雙網(wǎng)架構(gòu)，但是成本預(yù)算過高，未能實行，轉(zhuǎn)而采用了IP-SAN架構(gòu)，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(xué)和研究工作。

四 結(jié)語

計算機網(wǎng)絡(luò)以及軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，為高校影視編輯實驗室的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)提供了豐富的技術(shù)支持，各高?？梢愿鶕?jù)實際需要和資金規(guī)模，在影視編輯實驗室網(wǎng)絡(luò)化改造或建設(shè)時，按照綜合效益最大化原則，選擇合適的方案，構(gòu)建滿足影視實驗教學(xué)需要的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

參考文獻

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

[2] 夏志強，陳少華.高校網(wǎng)絡(luò)非線性編輯實驗室的設(shè)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(tǒng)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(wǎng)的非編網(wǎng)解決方案[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2006，(4):109-111.