电视节目的存储及管理
前 言
电视台对电视节目的存储目前主要还是采用传统的磁带存储方式，这种原始的方式有很多的弊端：易损，占地大，成本高，难于重新使用。更重要的是难于长期保存，通常在满足磁带保存环境的要求下，磁带的寿命一般在10年左右，到期只能淘汰，再也不能使用。另外，对于长期积存的磁带，各电视台也没有非常有效的管理工具去管理，开发，利用这些越积越多的资源，记者与节目制作人员尽管知道台里有丰富的资料，却由于难于查找所需的节目，而放弃使用这些几乎免费的资源素材，更不用说向社会开放这些资源，满足日益发展的电视节目资源的全球化共享。
随着计算机信息技术与视频技术的发展，出现了稳定高效的数据压缩方式，高速宽带计算机网络，以及大容量数据存储系统，而且国际互联网及企业内部网的超前发展也给电视台节目挡案的网络化存储，查询，共享，交流提供了可能。宽带网络技术及视音频压缩技术的成熟，为电视台网络化铺平了道路，今后传统意义上的电视节目制作，播出设备及带库管理将逐步向多媒体网络设备过渡，网络所具有的高效率与灵活性等优势，会充分体现在电视台的节目传输，分配，制作，播出及存储领域。
今天，越来越多的电视台装配了基于计算机系统平台的非线性编辑设备，新闻制作网及自动化播出设备，但是作为实现共享的数据源——节目资源的存储及管理却还停留在早期磁带库阶段，究其原因，虽可举出种种理由，但无庸讳言的是该环节已阻碍了现代化的视频资源共享方式的展开。本文就是想在这方面做一些积极的探索。
一 . 电视节目的存储
1 . 存储方式的选择
电视台所存储的内容以视音频素材为主，在选择存储方式时，应综合考虑过去，现在，将来已经使用或将要使用的方式，选择高质量，高效率，便于利用的方式存储各种不同类型数据。 图1给出了电视台的节目生产流程。
在专业视频应用领域，不管是压缩还是非压缩，大都集中在分量格式领域，因此在做格式选择时要特别注意。根据具体应用情况，不同阶段选用相适应的信号格式，使整个生产流程平滑过渡，尽量减少信号转换造成的损失，以达到最佳质量效果。
若信号采用不压缩方式记录存储，信号质量最好，无损失。但存储数据量非常大，以1小时无压缩数字视频信号D1计算，其数据量就达100GB以上，对电视台数以万计盘的磁带来说，如此庞大的数据量会使存储成本，管理费用及日维护费用非常高。随着压缩技术的成熟，由压缩所带来的信号损失也越来越小，已完全达到了制作及播出要求，因此选择适合的压缩技术和格式，对信号进行压缩后再存储，降低存储成本是必然的选择。
3、图像质量足够高，满足记录重放复用的要求。
7、压缩效率高，在保证图像质量的前提下，降低存储成本和维护费用，减少网络传输压力。
9、较好的兼容性。兼容HDTV和DTV等数字电视的飞速发展，压缩格式应较易向数字电视过渡且损失较小。
12、良好的互操作性，压缩格式必须可应用于节目制作及传输播出的全过程，以减少格式转换带来的损失。
13、 较长的技术生命周期。
MPEG-2是目前全球电视行业都普遍接受的专业视音频信号压缩格式。已经广泛应用于信号传输中，且在高清晰度电视，数字电视中也已采用了MPEG-2压缩技术，同时MPEG-2在前期素材采集，后期节目制作领域的应用技术也在不断发展成熟。
利用存储的节目进行二次编辑时，无论何种压缩格式，一般均要求采用4：2：2取样格式，因为4；1：1或4：2：0取样格式做二次编辑时，色度还原性较差。
对于现存的JPEG，M-JPEG和MPEG-2压缩方式而言，只有I帧的MPEG-2实际上与JPEG编码相仿，两者均采用DCT（离散余弦变换）算法，但两者在内部处理上有所不同，MPEG-2更加专注于视频信号的处理，而JPEG对图片处理拥有更大的灵活性，而对于电视编辑人员及众多电视观众，这种灵活性对他们是没有意义的。MPEG-2在处理单帧视频信号的压缩效率稍高于JPEG约15%--20%左右，由于两者压缩算法不完全相同，当由M-JPEG转换为MPEG-2时，不单要进行再压缩，同时还要进行压缩格式转换，这种格式的级连转换会造成较大损伤，而对于MPEG-2之间格式转换来说，I帧不必再进行格式转换，仅需进行再压缩即可，因此损失比MPEG与JPEG之间转换小，这就是整个链路最好采用一种格式的原因。
由于目前技术条件的限制，长GOP结构的MPEG-2做编辑尚不成熟，但只有I帧或IB帧的GOP结构的编辑技术已步入实用阶段，随着逐帧MPEG-2编辑技术的逐步完善，从素材采集一直到存储播出整个链路均采用MPEG-2一种大格式成为可能。在不同的应用场合，采用不同的“级”和“类”组合，配以合适的码率，可满足不同的使用要求，如在采集，编辑，制作阶段采用只有I帧和IB帧的短GOP结构组合的MPEG-2 4：2：2编码方式，码率选择30-50Mb/s，重点保证编辑质量与编辑精度；传输播出时可根据使用场合要求的不同选用有IBP帧的GOP（12帧）结构组合的MPEG-2 4：2：2或4：2：0编码方式，码率选择4--10 Mb/s的低码率；存储时也可采用长GOP结构的MPEG-2 4：2：2编码方式，码率选择15--20 Mb/s。这样一来，整个链路均采用MPEG-2一种格式，最大限度的减少了由于数据格式转换带来的图像质量劣化，使系统组合更为合理统一。
2 . 存储介质的比较
计算机技术的飞速发展，也使其拥有的成熟技术及先进理念，迅速渗透进其他行业与领域，存储技术就是如此。计算机的存储系统是由内存，硬盘及辅助海量存储器（硬盘阵列，光盘库，数据流磁带机）构成。根据不同的应用场合，大中小型计算机应用系统配备不同的数据存储设备。我们知道各种存储介质有其各自不同的特点和适用范围，其容量，性能，价格关系构成一金字塔结构，如图2所示，塔尖为内存即芯片级存储，以下依次为硬盘，光盘，数据流磁带。内存由于是芯片级的存储，完全为计算机CPU专用，不能用于大容量视频数据的存储，本文不再详述。下面重点对其他几种介质的性能，价格及其在电视领域的应用前景进行分析比较。
2 . 1 硬盘
硬盘在计算机的硬件配置中是不可缺少的部分，主要用于计算机数据，程序，软件的存储。
硬盘的容量决定于盘片数与面密度，问题是盘片数的增加会使硬盘体积增厚。目前高端硬盘产品SCSI硬盘采用的是正反面都记录的多盘片结构，都有磁头用于数据的读写，存储密度可以达到每盘片1820MB。
硬盘的数据传输分为CPU通过总线在内存与硬盘之间进行数据传输，以及硬盘管理系统驱动磁头寻道并将数据读出或写入盘片。其中后者是决定硬盘总体数据传输率的关键。SCSI硬盘的最小寻道时间为6.5ms。至于CPU与SCSI硬盘之间的数据传输率目前已能达到80 MB/s，而且传输距离也可达到12m（采用68芯或50芯扁平电缆）。
尽管单个SCSI硬盘的容量与数据传输率已相当可观，但为了支持海量存储，业界一直在研究开发独立硬盘阵列冗余技术即RAID技术，将多个SCSI硬盘做为一个逻辑硬盘，保证大型数据文件存储的整体性。RAID技术是目前提高硬盘阵列速度和冗余的主要手段。
硬盘虽然具有读写速度快，数据容量大的特点，但是是否就适应于电视台的各个环节的节目信息存储呢？做个简单的计算就可以得出结论：以中型电视台10万盘磁带的存储量为例，大约需要近20万GB的信息存储量，如果采用18GB的SCSI硬盘，售价9000元，将需要约10000个以上硬盘组成阵列，造价也成了天文数字，显然是不现实的。因此在少量的信息存储应用中硬盘的确有较大的优势，比如在制作领域就大量用于非线性编辑设备，在播出环节也有硬盘录象机大量用于自动播出，以Fibre Channel构造的新型新闻制作网也多采用硬盘阵列作为节目存储的硬平台。
2 . 2 光盘
最新一代的大容量存储设备是DVD，其存储数据的格式为MPEG-2，完全能够满足广播级视音频信号的要求，它达到了目前技术上最理想的容量。DVD光盘的几何尺寸与普通CD相同，但其容量却是CD的8倍-15倍。对于单层DVD，其容量是4.7GB，可存放132分钟的MPEG-2影片，这意味着标准长度的电影和数字音频都可以记录在一张DVD光盘上。要实现必须将所有数据按一定的格式存放在DVD盘上，DVD播放机才能读出这些数据, 播放出高品质的画面和优美动听的音乐。其中影像采用MPEG－2压缩，音效可采用MPEG－2 Audio、DOLBY AC－3、LPCM及DTS，基本上是把视频讯号压缩至1/40左右，但是MPEG－2的压缩率是可变的，MPEG－2速率平均为3.5Mbps，最高约11Mbps，DVD 的分辨率为720＊480，35万像素，水平扫描超过500条，而且还有多国字幕。那么132分钟是怎么算出来的呢？它是MPEG－2 3.5Mbps＋AC－3 5.1CH 384Kbps＊3＋字幕10Kbps＊4=0.59M/S除以单面单层4.7G，大约就是132分钟了，其中AC－3 5.1CH表示6个声道。而采用双层双面技术的DVD盘存储容量达17GB，能连续播放8小时的广播级节目。
通常说的DVD实际上可分为只读（DVD-ROM，DVD-Video,DVD-Audio），只写一次（DVD-R(Recordable)）和可重写三种规格。DVD—Video和DVD—Audio多用于影音电视设备,而DVD—ROM、DVD—R、可重写DVD则多用于计算机设备中。其中DVD—VIDEO和DVD—ROM标准已经统一。
只读DVD的发展状 况见表1。只读DVD技术相对比较成熟，也有一些应用于电视领域的实例，主要是被建成光盘库，用于自动播出或对台存节目资料进行长期保存。这种方式不仅具有容量优势，而且还克服了传统录象带质量易劣化，占用空间大，查询管理困难，利用率低等缺点，并且它在保存图象清晰度，音响保真度，数据传输率，纠错能力及用户间交错功能等方面也优于传统的磁带。表2以DVD-Video为例给出了DVD存储视频，声音和字幕子图象编码的有关参数。
从表2可以看 出，只读DVD-Video的传输码率范围为1--10Mbps（视频），远小于电视节目制作所要求的30--50 Mbps的码率，它只能刚刚达到传输播出的4--10 Mbps的低码率要求，对于存储要求15--20 Mbps的码率要求而言，也显低。要想真正利用DVD于电视节目制作和存储，必须使用更先进的DVD技术。
只写一次的DVD-R使用有机染料作为信息记录层，可以说它是DVD版本的CD-R。目前DVD-R刻录机只有整盘刻写和增量刻写两种刻录方式，一台售价约为5000美元左右，相当昂贵。与只读DVD相比，技术指标上没有更多改进，主要用于DVD节目的编辑，检验和小批量发行，不适宜于电视台节目的制作与大量存储。
对于可重写DVD，目前存在DVD-RAM，DVD-RW和DVD+RW三种相互竞争的规格，各大公司至今还未达成一致意见，也没有统一的国际标准。1997年4月，由10家公司组成的DVD联盟发表了单面存储容量为2.6GB，双面存储容量为5.2GB的DVD-RAM标准，该标准采用了相变介质记录方式，它的记录和读出完全采用光学技术，利用激光使记录介质在结晶态与非结晶态之间的可逆相变结构实现信息的记录和擦除。与MO（磁光）技术相比，相变光盘存储技术具有记录密度高，记录成本低，介质寿命长，驱动器结构简单，读出信号信噪比高和不受外界磁场环境影响等突出优点，因此已成为光存储技术的主流，具有广阔的应用前景。DVD-RAM可进行反复多次的存取，数据率从4--15 Mbps可选。非常适合于大容量节目的长期保存，并允许多人同时对其进行查询和读/写操作，而DVD光盘的非接触性激光数据读取方式，不会由于多次检索和读/写操作造成视音频质量的损伤和劣化。
DVD-RW是日本先锋公司基于DVD-R提出的，它也使用相变介质进行信息的记录，擦除和重写，其容量为4.7GB。但一直没有正式产品推向市场。
DVD+RW是由PHILPS，SONY和HP三家公司于1997年5月联合推出的另一种单面容量为3GB，双面容量为6GB的可擦写DVD规格。DVD+RW光盘不需要附加盘盒，性能更优于DVD-RAM，并且兼容性也优于DVD-RAM。表3给出了各种可重写DVD规格的比较。
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