数字视频网络分析.docx
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数字视频网络分析
数字视频网络分析
前言
广播电视领域的数字化变革之所以迅速得到广泛的接受和应用，在于计算机多媒体技术、通信技术和广播电视技术的融合与推动，特别是数据网络、计算机处理能力和大容量的数据存储，以及压缩算法方面的显著进步，而这也必将导致广播电视领域观念乃至整个思维方式的巨大变化。
非线性编辑系统要想成功地运用于电视台的整个节目制作流程，必须要实现网络化，这个网络系统既要负责素材从单机上载到编辑、配字幕、配声音、审片、合成、播出一系列工作，还要担负各个环节的管理、节目保存等任务。
建立起部门级的后期制作网络乃至可以实现整个电视台编、播一体化的企业级计算机局域网是广播电视系统向数字化转变的一种前景期望。
一目前可应用到非线性编辑的高速网络形式
1、ATM异步传输模式
ATM是近10年来最重要的网络技术之一，ATM承诺要把LAN功能、WAN功能、语音、视频和数据等集成进单一的协议。
它被设计成提供实用带宽和等时服务的技术。
ATM具有独自的特点。
速度：
ATM支持25—622Mbps乃至更高的传输率；
扩展能力：
ATM允许在现有的结构中增加带宽和端口密度；
专用带宽：
它保证了业务应用的连贯性，该业务在共享技术中是不可用的；
广泛的应用：
ATM提供了端点到面解决方案的潜能，意思是以桌面系统到局域网、到主干网、以及WAN均可使用ATM。
2、千兆以太网
千兆以太网是新兴的一项技术，但由于以太网本身的特点，不太适合于固定数据的传输，如视频的采集和播放，而更适合于变化数据流的传输，如数据库、文件拷贝等。
但该技术正在逐渐成熟起来，基于以太网的视频传输协议正在出现，所以应用广泛，价格低廉的以太网正在进入视频行业。
3、串行HIPPI
HIPPI起源于超级计算机组成的LAN互联的原始需求，1991年通过ANSI标准。
HIPPI已被看成一种优异的点对点，庞大文件传送体制。
它可以提供数字视频所要求的信息吞吐量，但其成本较高、所需电缆铺设比较麻烦。
4、SSA
SSA最早由IBM开发的技术，支持两个同步的40MB/s。
即40MB/s读取，40MB/s写入。
SSA的最大特点是多数据流申请带宽优化及空间利用技术。
由于SSA采用相对寻址方式，即在一个环路中，SSA器件是能与其最邻近的器件通信，SSA只支持在40MB/s速率下340米的传输距离。
5、FibreChannel
FibreChannel技术是ANSI为网络和通道I／O接口建立的一个标准集成。
支持HIPPI、SCSI、IP、ATM等多种高级协议，它的最大特性是将网络和设备的通讯协议与传输物理介质隔离开。
这样多种协议可在同一个物理连接上同时传送，高性能存储体和宽带网络使用单一I／0接口使得系统的成本和复杂程度大大降低。
光纤通道支持多种拓扑结构，主要有：
点到点（Links）、仲裁环（FC-AL）、交换式网络结构（Fabrics）。
由此，可以看出以上各种技术的一些特点。
结合实际要求，FC技术更适合视频网络，而且在实际应用中，也已经被大多数研发单位广泛认可。
二基于FC技术构建的视频网络结构
1、Fibre Channel技术
（1）FC的特点
a、光纤通道既具有单通道的特点，又具有网络的特点，它是把设备连接到网络结构上的一种高速通道。
而这种网络结构描述了连接两套设备的单条电缆以及连接许多设备的交换机产生网状结构。
b、光纤通道最大优点是速度快，它可以给计算机设备提供接近于专业设备处理速度的吞吐量。
c、光纤通道与协议无关，它提供了一种在源设备（如计算机或磁盘阵列）的发送缓存器和目的设备的接收缓存器之间传送数据的方法，所以它是一种通用传输机制。
适用范围广，可提供多性价比的系统，从小系统到超大型系统，支持存在的多种协议，如IP、SCSI等。
如表
（1）：
光纤通道规范定义的各种类型媒介支持的最大网络长度
132．8Mbps265．6Mbps531．25Mbps1．062Gbps
单模光纤10KM10KM10KM10KM
50mm多模光纤不适用2KM2KM不适用
62．5mm多模光纤5KM1KM不适用不适用
同轴电缆40M30M20M10M
屏蔽双绞线100M50M不适用不适用
（2）FC的结构：
FC结构定义为多层功能级，但是所分的层不能直接映射到OSI模型的层上。
FC的五层定义为：
物理媒介和传输速率、编码方式、帧协议和流控制、公共服务以及上级协议（ULP）接口。
a、FC—0
FC—0是物理层底层标准。
FC—0层定义了连接的物理端口特性，包括介质和连接器（驱动器、接收机、发送机等）的物理特性、电气特性和光特性、传输速率以及其它的一些连接端口特性。
物理介质有光纤、双绞线和同轴电缆。
带有ECL的铜芯同轴电缆，用于高速、短距离传输。
双绞线用于25MB/s数据传输，距离可达50米。
带有激光和LED传导的光纤，用于长距离的传输，光纤通道的数据误码率低于10-12，它具有严格的抖动容许规定和串行I/O电路能够进行正常管理的其他一些电气条件。
b、FC—1（传输协议）
FC—1根据ANSIX3T11标准，规定了8B/10B的编码/解码方式和传输协议，包括串行编码、解码规则、特殊字符和错误控制。
传输编码必须是直流平衡以满足接收单元的电气要求。
特殊字符确保在串行比特流中出现的是短字符长度和一定的跳变信号，以便时钟恢复。
8B/10B码在现实中的应用是稳定和简单的。
c、FC—2（帧协议）
FC—2层定义了传输机制、包括帧定位、帧头内容、使用规则以及流量控制等。
光纤通道数据帧长度可变，可扩展地址。
用于传输数据的光纤通道数据帧长度最多达2K，因此非常适合于大容量数据的传输。
帧头内容包括控制信息、源地址、目的地址、传输序列标识和交换设备等。
64字节可选帧头用于其它类型网络在光纤通道上传输时的协议映射。
光纤通道依赖数据帧头的内容来引发操作，如把到达的数据发送到一个正确的缓冲区里。
d、FC—3（公共服务）
提供高级特性的公共服务，即端口间的结构协议和流动控制，它定义了三种服务：
条块化（Striping）、搜索组（Hunt Group）和多路播放（Broadcast Multicast）。
条块化的目的是为了利用多个端口在多个连接上并行传输，这样传输带宽能扩展到相应的倍数。
搜索组用于多个端口去响应一个相同名字地址的情况，它通过降低到达“占线”的端口的概率来提高效率。
多路播放用于将一个信息传递到多个目的地址。
e、FC—4（ULP映射）
它是光纤通道标准中定义的最高等级，固定了光纤通道的底层跟高层协议（ULP）之间的映射关系以及与现行标准的应用接口，这里的现行标准包括现有的所有通道标准和网络协议，如SCSI接口和IP、ATM、HIPPI等。
2、基于FC技术构建的视频网络
基于FC技术的上述特点，FibreChannel对于视频图像和海量数据的存储及传输极为理想。
目前，FC技术已被许多计算机厂家推荐为电视节目制作设备的数据存储连接标准，同时得到了AVID、松下等非线性编辑厂家和硬盘存储生产厂商的广泛响应。
就目前而言，主流的基于FC技术构建的视频网络结构有两类：
（1）基于FC技术和以太网结合构建的双网架构的视频网络结构
以太网的特点是共享系统资源，各工作站之间易于传递信息，可实时共享对同一数据文件的操作结果等。
为保证数据传输的可靠性和减低网络成本，一种选择就是选用高压缩比素材进行编辑，最后用低压缩比素材输出的方式，即构建以FibreChannel为主干，千兆以太网为辅助的双网结构的视频网络（见图1），上载的素材分为两路，一路以低压缩比（4:
1或更低）高数据率通过FC光纤传输到FC硬盘阵列中，同时另一路以高压缩比（30：
1或更高）低数据率通过以太网传输到以太服务器硬盘阵列中，编辑时调用高压缩比素材进行编辑，然后形成EDL编辑表，下载时根据EDL编辑表，从FC硬盘阵列中以低压缩比高数据率下载。
（2）基于FC技术的SAN结构网络
传统的局域网（LAN）如100M以太网等都是非面向连接的，它们通过将地址信息打入包内，然后按规定路线发送的方式完成网络传输的。
为了管理网络协议，这种网络型的互连方案都需要较大的软件开销。
它一方面限制了系统带宽，另一方面造成了较大的延迟，不适合实时视音频互连，而且这类方案对于存储体的共享是不直接的，客户端对于服务器存储体的共享是需要通过服务器来进行的。
而FibreChannel网（以下简称FC）是高带宽的直接面向存储体的网络。
在所连接的设备之间，如计算机的处理器和外围设备，通道连接要么提供点到点的直接连接，要么提供交换的点到点连接。
通道的作用在要领上并不复杂：
其目的是尽可能快地把数据从A点传送到B点。
目的地的地址不仅是预先确定的，而且两点是用实际线路连起来的，数据除了去目的地之外不可能去其他任何地方。
纠错过程简单，可由硬件完成。
另外，也不进行路由选择和地址分辨，原因是不需要这些功能。
因此，数据分组中不需要携带任何地址和纠错信息，分组开销很小。
由于它们的点到点的性质和有限的处理要求，通道连接大多以硬件实现的。
而传统的以太网络连接取决于寻址方案的多点连接，该寻址方案能保证数据到达正确的目的地。
沿着某一条网络连接传输的各个数据分组必须包含一个地址，网络中的各个设备均根据该地址确定分组是否正确。
网络连接一般都具有相对复杂的误码探测和纠错能力，因此分组前端必须包含地址和误码纠错信息，这就使得分组开销较单通道连接高。
另外，网络连接能够支持路由选择等功能，而简单地单通道不支持这些操作。
光纤通道既具有单通道的特点，又具有网络的特点，它是把设备连接到网络结构上的一条高速通道。
网络结构描述了网络连接的模型，该模型具有连接两套设备的单条电缆到连接许多设备的一台交换机产生的网状结构。
它根据不同情况实现特定的结构，以达到支持应用程序的目的。
在任何情况下，就某个单光纤通道端口而言，无论网络结构多么复杂，它只负责工作站和网络结构之间的一条简单的点到点的连接，可以避免大流量数据传输时发生阻塞和冲突，非常适合高速和不间断视频数据流的传送。
另外，在传统的基于SCSI技术的存储方式中，磁盘上的数据是服务器的专有资源，存储任务依赖于服务器及其所挂接的LAN。
由于这种技术本身的局限性以及存储任务对网络带宽的消耗越来越多，并行SCSI技术已渐渐不能够满足客户存储的需求。
而SAN的推出首先使服务器同存储阵列之间的连接方式发生了根本性的变革，基于FibreChannel的SAN改变了传统服务器与磁盘阵列的主从关系。
位于SAN上所有设备均处于平等的地位，任何一台服务器均可存取网络上任何一台存储设备，通过FibreChannel高带宽和强大的I/O处理能力，SAN技术在可连接性、可扩展性以及性能方面解决了SCSI技术无法解决的问题，成为存储领域具有强大生命力的新技术。
再者，在具体存储应用方式上，由于传统的存储方式多是在以太网上以TCP/IP协议传输数据，在层层打包之后资源会有较大的开销。
而在SAN存储网络设计方式中，文件传输是直接在界面卡（SCSI、FC-AL）与存储设备进行交互，无须经过网络传输，此时原先数据传输所占用的网络带宽，可大大被释放。
SAN也支持IP协议，但由于其针对存储数据传输的特点进行设计，当需要有大量或者大块的数据在SAN上进行传输时，基于FC的传输技术更有优势，当客户端在LAN上请求来自服务器的数据时，服务器将在SAN上的存储设备中检索数据，由于这种方式对数据的处理没有IP打包方面的开销，所以能够更有效的提交数据。
例如AVID公司生产的后期制作网就是一个典型的FC—SAN结构。
非线性工作站分别可以是相同或不同档次的非编系统，如Xpress、MediaComposer、Symphony、ProTools等。
网络结构中还包括16-PortFC交换机、FC磁盘
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