硬盘播出系统设备技术及其发展综述

随着视频压缩技术和计算机技术的高速发展，视频服务器和RAID技术不断成熟，电视播出系统也逐渐从传统AV电视技术平台过渡到以网络为基础的IT信息技术平台。从2004年BIRTV上可以看到，目前播出系统设备普遍采用计算机技术，其智能化和自动化程度明显提高，大大提高了播出信号的质量。同时，在经历了手动播出、半自动播出之后，现在正朝着无带化全自动播出方向发展，而基于硬盘的播出系统将成为今后的主要播出方式，由于硬盘播出系统是以视频服务器为核心、将图像和声音压缩编码以后存储在硬盘阵列中，然后根据节目播出需要进行节目编排、播出的自动播出系统，因此视频服务器则成为播出系统中的关键设备。本文结合展会中硬盘播出服务器，对硬盘播出系统及其技术进行简单介绍。

一 硬盘播出系统的特点和发展

硬盘自动播出系统以视频服务器为主体，充分发挥硬盘存储的优势，避免因录像机等设备出故障给播出带来的影响，充分发挥多通道资源共享的优越性，轻松实现各节目之间的串编播出和各种插播、定时播出之间的控制管理，所有节目统一上载，从而简化了整个播出的工作流程，有利于提高工作效率。硬盘播出系统与传统录像带播出相比，有零帧预卷、非线性检索、资源可以共享等特点。

目前，各电视台正在加快对播出机房的改造，越来越多的国内电视台开始采用硬盘播出系统，如河南电视台三频道自动播出系统、湖北电视台四频道硬盘播出系统和陕西电视台的八频道硬盘播出系统。河南电视台三频道自动播出系统是我国第一个以MediaStream视频服务器为核心、实现多频道全硬盘播出的网络系统。该系统包含上载、编辑、审看、播出、管理等功能模块，于2000年正式投入使用，现已扩充成八个频道的硬盘播出网络，该系统获得了国家广电总局2002年度科技创新三等奖。

中央电视台于2003年开始了硬盘播出，目前开通的六个标清（城市体育、足球、京剧经典、音乐时尚、家庭影院、电视剧场）和一个高清频道全部采用了硬盘播出。为了满足未来频道发展和系统升级的要求，整个系统按功能设计成分级模式。分级模式是根据功能将服务器分成录制、存储和播出集群。采用分级模式，大大方便了维护工作的实施。在这种模式下每个集群可分别进行维护，不会影响正常的播出。

二 硬盘播出视频服务器

硬盘播出系统一般由视频服务器、上载工作站、播出工作站、预监工作站和数据库服务器等子系统组成。视频服务器是一种对视音频数据进行压缩、存储及处理的专用计算机设备，它一般采用M-JPEG或MPEG-2等压缩

格式对视音频数据进行压缩编码，以满足存储和传输的要求。它使用SCSI接口硬盘或FC接口硬盘作为视音频数据的在线存储器，具有多通道输入输出、多种视音频格式接口，可配备SCSI、FC等网络接口进行组网，实现视音频数据的传输和共享。

1. 国外视频服务器

在国外视频服务器方面，主要产品有SeaChange公司的MediaCluster服务器、Pinnacle公司的MediaStream服务器、索尼公司的MAV70XGI服务器和Thomson公司ProfileXP服务器等。进口视频服务器一般性能优越、稳定性强，但价格较贵。

（1）SeaChange公司的MediaCluster 服务器

SeaChange公司的BMC系列视频服务器，如BMC1650、1250、830等，能方便地进行系统升级，可以从简单的三个节点结构设计到更多节点。SeaChnage BML系统提供了对多种视频文件格式、多种制式的支持，可以管理多达256000个完整的媒体文件，并且文件的格式可以彼此独立，能和播出服务器、编辑设备等协同工作。BML系列具备高可靠性，可以保护所有的媒体资源，系统提供3TB到24TB的媒体存储空间，特别为超大媒体文件提供高效存储和快速传输。


SeaChange公司的BMC-60000系列服务器能支持不同格式的广播级的MPEG视频文件、节目流、传输流、长GOP、IMX、HDTV和DVB-ASI等，每个节点能提供3TB的存储容量，并能支持八个60Mbps的I/O通道。每个节点24块LVDS SCSI硬盘，采用RAID5保护。此外，服务器具有62Mbps最大信道吞吐量，可达到100Mbps速率的TCP/IP输入/输出。

SeaChange 硬盘系统的最大特点之一就是采用RAID平方技术，它不仅在硬盘存储部分采用RAID5冗余备份，而且在节点之间也采用RAID5冗余备份。全互联的星型拓扑结构确保了传输带宽，为解决以太网的冲突和堵塞限制其带宽问题，开发了在以太网底层的传输协议SeaNet，使节点间进行数据传输时网络达到均衡，可以更有效地利用以太网的带宽，从而确保了系统的传输带宽。每增加一个节点，相应的总节点带宽将得到相应的增加，这有利于系统扩展。

（2）Pinnacle公司的MediaStream视频服务器

Pinnacle公司推出了MediaStream300、MediaStream700、MediaStream900和MediaStream8000等一系列服务器。这些服务器操作灵活，可扩展性强，支持HD和SD格式以及MPEG-2 4:2:0和4:2:2格式的视频压缩方式。

视频服务器MediaStream300可以使用标准光纤和以太网接口进行网络连接，拥有时间延迟和画面缓冲等功能，可以作为广域网的边缘服务器进行内容的分发。而视频服务器MediaStream700则可支持更多的通道、更大的存储容量和更全面的联网方式。使用RAID磁盘子系统和光纤通道，具备超过1000小时的在线存储容量。多达16个的广播级MPEG-2视频通道，使用10Ba

seT或100BaseT技术进行广域网连接，进行本地和异地的文件传输。

基于网络化存储的MediaStream900可实现媒体共享存储，能够满足关键任务的要求。每个服务器最多可有9个视频I/O接口，每个存储子系统视频通道超过100个，拥有超过1000小时的在线存储容量，每个磁盘阵列容量为760GB，使用RAID技术保护存储数据。它应用了网络存储技术，把节目制作的独立性和媒体的网络存储共享结合到一起，使得共享存储系统的操作变得相当简单。

最新的MediaStream8000服务器是惟一能够同时提供SD和HD输出解决方案的产品，它可以支持在同一个播出列表中同时混合播出SD和HD素材，具有16个视频输入/输出通道，如果配置成共享存储结构，该服务器则可把通道数增加到100个。单一磁盘阵列支持240到500小时8Mbps存储容量，支持HD/SD格式。

（3）索尼公司的MAV-70XGI视频服务器

MAV-70XGI播出网络服务器可以在低比特率下 提供较高的图像质量。它不仅能以MPEG-2 4:2:2 P@ML、MP@ML、4:2:2 P@HL和MP@HL四种方式来记录，还可选择GOP长度和1.5Mbps~50Mbps之间的数码率。MAV-70XGI最多可连接8个扩展单元，存储容量可达2016GB， I/O接口可从5个扩展至10个。另外它还具有高速的光纤接口（1GB）以及连接数据流磁带机的千兆以太网接口。其千兆以太网卡可提供几十倍于实时速度的文件传输，能与非线性制作网和磁带库的连接提供高速的视频素材存储，支持HD、MXF文件格式、DVB-ASI、PS流等。MAV-70XGI能在满足播出要求的前提下，提供相当高的性能价格比，嵌入式实时操作系统，采用了不同于NT、UNIX的操作系统，所有程序全部固化在硬件中，因此可靠性大大增强，消除了人为操作的不安全性。

（4）Thomson公司的Profile-XP视频服务器

Profile XP视频服务器，支持标准清晰度和高清晰度电视标准。模块化的结构，可扩充的软/硬件、RAID存储器和远程错误检测，便于维护的机箱结构，使其更具有扩展和升级性能。

PVS1000具有无限制的容量扩展性能，通过增加I/O通道和编解码器，PVS1000可提供多达8个通道。通过增加机箱，可多达100多个网络环境通道，多个通道可共享相同的存储器。PVS1000为数字化结构，支持SDI数字视频I/O和压缩或非压缩音频。

PVS1100 Profile XP媒体平台系统是针对诸如新闻和体育制作领域的。其特点是可配置成2、4、6或8双向通道，用户可根据需要进行选择，所有通道提供增强的慢动作能力，以提供无闪动的播放。为了与制作流程一致，PVS1100内部配置了双通道SDTI，使它能以高达4倍的速度实时记录VTR的压缩视频。此外，Thomson拥有50多个Profile XP媒体平台应用程序开发商，可以全方位开发应用

软件。

PVS2000服务器具有较强的灵活性，可根据用户需求使系统作相应的改变。PVS1000标准清晰度服务器通过更换I/O和压缩板，可以升级为PVS2000，而系统的其他部分则保持不变。PVS2000通过增加通道或存储能力进行扩展，增加I/O通道和编解码器，可以将PVS2000扩展为4个可同时操作的通道。在网络环境中增加主机数量，可以获得数百个通道。通过实时共享存储，若干台HD及SD的Profile能直接访问一个共同的存储网络。

2. 国内视频服务器

国内也有多个厂家自主开发了视频服务器并提供了硬盘播出系统的解决方案。国产视频服务器成本较低，但随着近几年的发展，系统稳定性和播出功能已得到很大的提高，可以满足各市县级电视台的需求。

（1）格非公司的MagiStream服务器

格非公司的MagiStream是一款将MPEG-2编码器、解码器结合为一体的多通道视音频服务器，主要用于电视台的播出系统或在演播室用作硬盘录像机。MagiStream视频服务器采用嵌入式XP作为操作系统，具有开放式软硬件平台和标准接口协议，系统稳定可靠，并可以与当前主流的非线性节目制作、编辑网络互联，符合电视台数字化、网络化和多频道节目共享的发展要求，满足电视台对制、播一体化的要求。MagiStream视频服务器采用格非设计的高集成度MPEG-2 Codec主板和RAID5磁盘阵列，充分保证服务器运行稳定。全面支持标准MPEG-2压缩格式，如MPEG-2 MP@ML，1Mbps~15Mbps码率以及MPEG-2 4:2:2P@ML，10Mbps~50Mbps码率。MagiStream视频服务器最多支持4个通道的编码/回放，同时提供5个通道的I/O，每个I/O可根据用户的要求进行配置。MagiStream视频服务器内置1G光纤Ethernet网络接口和100M Ethernet网络接口，具有强大、方便的联网功能。目前，MagiStream视频服务器已在国内一些省市级电视台播出系统中得到应用。

（2）广州现代视讯公司生产的飞越2000XM

广州视讯于1996年推出了第一套硬盘播出系统视讯100AD，后来推出了网络化的飞越2000AD/LE/LX等系列，产品经过不断完善，现在推出了基于MPEG-2 IBP的多通道硬盘播出系统飞越2000XM。

使用广州视讯开发的飞越2000XM，用户可以实时采集MPEG-2 IBP格式的文件，采集完后可即时预览该素材。系统还可以将MPEG-2 I帧格式的视频文件快速转换成IBP格式。这样就可以和非编系统联网，将制作好的文件直接调入飞越2000XM系统中用于播出。飞越2000XM播出服务器的4个通道可以被随意定义为主通道、副通道和应急通道，各通道之间可随意互相插播，所有的信号切换都能做到精确到帧的无缝连接。

飞越2000XM具备上载服务器的近线备份及播出在线热备份模块。备播出服务器更可实时跟踪

并同步主播出服务器的状态，与其同步播出，在主播出服务器出现故障时可在故障点即时替换播出。此外，播出服务器还配备了高性能的SCSI磁盘冗余阵列，充分保障了系统的安全性。

（3）索贝公司的MegaServer服务器

索贝展出的媒体服务器MegaServer是一款自主研发的高可靠、功能灵活、适用面广的设备，采用强大的DSP视音频处理和多接口输入输出卡，可大大提高设备的稳定性和实现各种视音频信号的输入输出。由于MegaServer具有多种视音频接口卡、高速IP网络接口和光盘驱动器，使其能够灵活地连接多种外部设备，兼容模拟、数字视音频信号，网络传送的视音频文件和以光盘为载体的媒体资料。

RAID磁盘阵列和冗余的电源、内存模块使得MegaServer具有超强稳定性和故障热处理能力。采用软硬件结合的可调编码方式，扩展了硬件Codec的功能，支持MPEG-2/MPEG-4压缩方式，1Mbps~50Mbps码率编码。配置100M、1000M和FC网络接口，为各种媒体文件提供足够带宽的传输通道。标准设备，支持各种设备控制协议，具有良好扩展性。内部可插2~6块73GB和146GB高速SCSI硬盘，实现大容量存储，可实现各种RAID级别，完全满足长时间采集节目在线保存的要求。

三 硬盘系统中RAID技术

在硬盘系统中，如何增加存取速度、容错能力、有效地利用磁盘空间和提高网络的安全性能已经成为各厂家需要面对的重大问题。采用磁盘阵列技术RAID，即冗余磁盘阵列，把多块硬盘组成一个阵列，将数据以分段方式存储在不同的磁盘中，存取数据时阵列中相关磁盘一起动作，可大大减低数据的存取时间。

所谓RAID就是“独立冗余磁盘阵列”，即利用若干台小型硬磁盘驱动器加上控制器按一定的组合条件组成的一个大容量、快速响应、高可靠的存储子系统。内部可有多台驱动器并行工作，大大提高了存储容量和数据传输率，同时由于采用了纠错技术，提高了可靠性。RAID技术主要有6类，分别为RAID0~RAID5，下面分别对其作简单介绍。

RAID0就是由多块硬盘并发协同工作完成数据的读写，数据被均匀分布在各块硬盘上，一般情况下，使用的硬盘越多，读写的速度越快。RAID0的特点是读写速度快，并且价格便宜；缺点是安全性相对较差，因为在RAID0中的一块硬盘出现故障时，整个阵列的数据将会丢失。RAID0是最快和最有效的磁盘阵列类型，但没有容错功能。

RAID1称为磁盘镜像技术，就是将硬盘分成两部分，一部分存放数据，另一部分作完全备份，这样做的好处就是在不影响性能的情况下，能够最大限度地保证系统的可靠性和可修复性。但系统成本是最高的，系统的实际有效硬盘空间

仅为所有硬盘空间的一半。因此RAID1主要用于要保存关键数据的场合。

RAID2采用纠错海明码磁盘阵列技术，原理是将若干块硬盘分成两组，分别用来储存数据和校验用的海明码。如果某一块硬盘发生故障，系统也能够根据海明码和其余的有效数据计算出正确的数据进行恢复。因为RAID2的存取是所有硬盘同时进行的，用的是单位元的存储，所以小于一个扇区的存取会大大削弱其性能，在磁盘利用率方面，RAID2一般只有在使用十几块硬盘以上的系统中才会显出其利用率的优势。

RAID3采用奇偶校验码技术，把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，以位或字节为单位，存放在N+1块硬盘上，实际数据占用的有效空间为N块硬盘的空间总和，而第N+1块硬盘上存储的数据是校验容错信息，用一块硬盘来存储校验码，但其存在的问题是当要向某一块硬盘的某一个扇区写入数据的时候，就要读取其他数据硬盘相同位置的数据，并算出校验码再写入存储校验码的硬盘。所以，RAID3不适合需要经常写入零碎文件的场合。当更换一块新硬盘后，系统可以重新恢复完整的校验容错信息。由于在一块硬盘阵列中，多于一块硬盘同时出现故障率的几率很小，所以一般情况下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。与RAID0相比，RAID3在读写速度方面相对较慢。

RAID4也采用一块硬盘用来存储奇偶校验码，由于数据的读写是按扇区为单位来进行，所以在读取数据方面会比RAID3快，但写入方面则因要读取其他数据盘在同一位置上的数据块，速度会比RAID3要慢，冗余盘读写负担较重。

RAID5采用无独立校验盘的奇偶校验磁盘阵列技术，即将本来存储在一块硬盘上的奇偶校验块按一定的顺序平均放到每一块硬盘上。这样做就避免了在存储数据的时候对校验硬盘过于频繁的读写，同时这也大幅度提高了写入零散数据时的效率。具有读写速度快、空间利用率高等优点，对大小数据量的读写都有很好的性能。

RAID0+1即为RAID0和RAID1的组合，即由两个完全相同配置的RAID0形成镜像关系，既提高了提高存储容量，又加快读写速率，其安全性高于RAID0，低于RAID1，但其成本也相当高。

RAID5+RAID5即RAID5平方技术，读写速度比较均衡，硬盘利用率高，升级费用较低，其安全性比RAID5+RAID1低。

在硬盘播出系统中，视频服务器技术指标对整个系统指标起到决定性作用。为此，构建系统在选择视频服务器时我们不但需要了解其信号技术指标，还需要了解其还原图像的质量损伤程度，以确保播出效果。同时视频服务器作为多通道输入输出的设备，其整体综合性能相当重要。

目前，各个电视

台在使用硬盘播出系统以后，可将录像机实时播放录像带中的节目转化为将节目预先提前自动上载，这不仅将录像机机械故障引发的停播事故提前在节目上载的过程中显现，而且还可大大减少技术人员值班强度，使整个播出系统自动化程度更高，从而使得播出安全性得到进一步提高。