郝文杰，唐嘉坤

（《人民鐵道》報(bào)業(yè)有限公司，北京 100038）

0 引 言

近年來，隨著高清、超高清節(jié)目的普及，早期建設(shè)的后期制作系統(tǒng)在存儲(chǔ)容量、訪問速度及系統(tǒng)架構(gòu)等方面已經(jīng)不能滿足高質(zhì)量節(jié)目制作的需求。廣電行業(yè)節(jié)目制作機(jī)構(gòu)需要不斷優(yōu)化后期制作存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，以滿足專題節(jié)目、廣告以及片頭片花包裝等節(jié)目的生產(chǎn)[1]。為此，本文通過分析后期制作存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程，探索搭建高效存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法和途徑。

1 存儲(chǔ)相關(guān)技術(shù)

目前，廣電行業(yè)常用的高性能共享存儲(chǔ)技術(shù)包括StorNext 和Xsan 等。它們有效解決了不同操作系統(tǒng)訪問同一存儲(chǔ)資源的問題，提高了訪問速度，同時(shí)兼容原有系統(tǒng)[2]。

1.1 StorNext

StorNext 技術(shù)是由Quantum 公司開發(fā)的一種高性能、高可靠性存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理解決方案，用于處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、共享和訪問。

StorNext 技術(shù)采用了分層存儲(chǔ)架構(gòu)，可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)層級(jí)中，包括高速磁盤陣列、磁帶庫(kù)及云存儲(chǔ)等。這種架構(gòu)可以根據(jù)數(shù)據(jù)的訪問頻率和重要性，自動(dòng)將數(shù)據(jù)遷移到合適的存儲(chǔ)介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高效管理和利用[3]。它還提供了高速的數(shù)據(jù)傳輸和共享功能，支持多個(gè)工作站同時(shí)訪問存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶之間的協(xié)作和數(shù)據(jù)共享。StorNext 提供了高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，可以滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)男枨蟆?/p>

此外，StorNext 技術(shù)還具有高可靠性和容錯(cuò)性。這主要得益于它采用的數(shù)據(jù)冗余和錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正技術(shù)，可以保護(hù)數(shù)據(jù)免受硬件故障和數(shù)據(jù)損壞的影響。StorNext 還提供了數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，可以幫助用戶保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

1.2 Xsan

Xsan 是蘋果公司開發(fā)的一種存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）技術(shù)，允許多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過高速網(wǎng)絡(luò)連接共享存儲(chǔ)設(shè)備，提供高性能和可靠的存儲(chǔ)解決方案。它基于標(biāo)準(zhǔn)的光纖通道（Fibre Channel，F(xiàn)C）網(wǎng)絡(luò)，可以擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)和數(shù)百太字節(jié)的存儲(chǔ)容量，支持多種操作系統(tǒng)，包括蘋果公司的MacOS 和微軟公司的Windows操作系統(tǒng)[4]。

Xsan 提供了高效的文件共享和數(shù)據(jù)傳輸功能，可以支持多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)訪問共享存儲(chǔ)，還提供了高級(jí)的數(shù)據(jù)保護(hù)和容錯(cuò)機(jī)制，包括磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）和快照功能，以確保數(shù)據(jù)的安全性和可用性。

Xsan 還具有靈活的管理和監(jiān)控功能。管理員可以通過圖形界面或命令行工具對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行配置和管理，還支持遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控，可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和故障排除。

1.3 StorNext 與Xsan 的兼容

StorNext 和Xsan 都是用于高性能共享存儲(chǔ)的技術(shù)，它們之間有一些區(qū)別[5]。比如，StorNext 可以在不同操作系統(tǒng)之間共享存儲(chǔ)資源，包括Windows、Linux 和MacOS 等，而Xsan 主要在蘋果公司的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，對(duì)于其他操作系統(tǒng)的支持相對(duì)有限；StorNext 的配置和管理相對(duì)復(fù)雜，需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，而Xsan 的配置則相對(duì)簡(jiǎn)單，用戶可以快速上手并進(jìn)行操作。

StorNext 與Xsan 也是可以兼容的。StorNext 可以通過安裝軟件授權(quán)到服務(wù)器中的方式，在Xsan方案中進(jìn)行應(yīng)用。一些大型系統(tǒng)集中了MacOS 終端的Xsan，也可以無(wú)縫鏈接到StorNext 方案。

2 共享存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

鑒于現(xiàn)有的存儲(chǔ)技術(shù)，結(jié)合《人民鐵道》報(bào)業(yè)有限公司工作站以MacOS 操作系統(tǒng)為主，且后續(xù)可能引入Windows 系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文在構(gòu)建共享存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)時(shí)選擇了蘋果Xsan 存儲(chǔ)解決方案，并使用了帶有StorNext 技術(shù)的存儲(chǔ)服務(wù)器。本文設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1 所示。

圖1 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用FC 和以太網(wǎng)相結(jié)合的雙重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配置獨(dú)立的存儲(chǔ)，所有設(shè)備都可以通過光纖訪問存儲(chǔ)設(shè)備，管理信息則是通過以太網(wǎng)傳輸[6]?，F(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備有高清工作站6 臺(tái)，4K 工作站2 臺(tái)，均為蘋果MacOS 系統(tǒng)。

系統(tǒng)配置了安裝有StorNext 服務(wù)的元數(shù)據(jù)控制器（Meta Data Controller，MDC）服務(wù)器和輕型目錄訪問協(xié)議（Lightweight Directory Access Protocol，LDAP）服務(wù)器。其中，MDC 服務(wù)器負(fù)責(zé)管理工作站對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的訪問。網(wǎng)內(nèi)的Mac 設(shè)備通過MDC控制器協(xié)調(diào)各個(gè)終端對(duì)存儲(chǔ)的訪問，與訪問本地高速存儲(chǔ)一樣便利穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了高碼流實(shí)時(shí)讀/寫各類素材。MDC 服務(wù)器的配置如圖2 所示。

圖2 MDC 配置截圖

LDAP 服務(wù)器將開放目錄、當(dāng)前目錄和LDAP整合，使用Open Directory 目錄管理系統(tǒng)對(duì)用戶和數(shù)據(jù)文件進(jìn)行管理，通過對(duì)用戶的空間配額、操作權(quán)限、共享資源進(jìn)行配置，靈活處理用戶的訪問權(quán)限，滿足不同用戶對(duì)文件安全使用的要求，同時(shí)可以直接對(duì)群組進(jìn)行訪問策略設(shè)置，減少系統(tǒng)維護(hù)開銷。它的主要特點(diǎn)是具有靈活的文件訪問權(quán)限（訪問控制列表）及兼容各類資源管理工具的功能。Open Directory 系統(tǒng)配置如圖3 所示。

圖3 Open Directory 配置截圖

系統(tǒng)中的存儲(chǔ)陣列支持在線RAID 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和在線RAIDLevel 遷移，不會(huì)影響原始磁盤陣列數(shù)據(jù)。每個(gè)磁盤陣列系統(tǒng)提供400 MB·s-1的帶寬，使用RAID5 連接確保數(shù)據(jù)安全，提供高達(dá)270 TB 的存儲(chǔ)空間。

2.2 系統(tǒng)存儲(chǔ)服務(wù)器的配置

存儲(chǔ)服務(wù)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，正確的配置較為重要。本文主要以Linux From Scratch-6.2 手冊(cè)和Beyond Linux From Scratch-6.1 為指引，制定基礎(chǔ)平臺(tái)上所要配置的軟件包，再按照手冊(cè)的配置方式，按程序逐個(gè)配置。由于系統(tǒng)不支持rpm 或apt等程序包管理方法，使得已安裝的程序包并不便于卸載。為處理該問題，在操作系統(tǒng)中設(shè)置了uninst 軟件包，使操作系統(tǒng)能夠在裝載軟件包后自行產(chǎn)生卸載腳本，從而便于日后軟件包的卸載和升級(jí)更新。

在內(nèi)核方面，系統(tǒng)增加了iptables 所需的防火墻功能，選擇了Cramfs 文件系統(tǒng)對(duì)壓縮文件操作系統(tǒng)的支持，為文件操作系統(tǒng)的壓縮工作做好準(zhǔn)備。

2.3 系統(tǒng)使用的剪輯軟件

剪輯工作站使用Final Cut Pro 軟件。這是一款專業(yè)的4K 視頻剪輯軟件，適合從愛好者到好萊塢制片大師的任何人。Final Cut Pro 軟件最新版本引入了對(duì)象跟蹤器功能，可匹配面部和對(duì)象的移動(dòng)。對(duì)于在iPhone13 等機(jī)型上使用電影效果模式拍攝的片段，該軟件最新版本還增加了調(diào)整這些片段的功能。利用Motion 功能，可以生成精彩的字幕和特效，并在Final Cut Pro 軟件中進(jìn)行訪問。除了支持對(duì)象跟蹤器以及在iPhone13 等機(jī)型上使用電影效果模式拍攝的視頻以外，F(xiàn)inal Cut Pro 最新版本還新增了一個(gè)霓虹濾鏡，可向文本、形狀、視頻和靜止圖像等對(duì)象應(yīng)用霓虹光暈效果。

Final Cut Pro 軟件中的Compressor 功能提供了強(qiáng)大的編碼工具，能夠創(chuàng)建定制輸出設(shè)置，并充分利用多臺(tái)Mac 計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理能力。Final Cut Pro 軟件最新版本支持監(jiān)視文件夾功能，可對(duì)添加到文件系統(tǒng)中選定文件夾的視頻進(jìn)行編碼。

另外，F(xiàn)inal Cut Pro 軟件還可以在搭載M1 Pro和M1 Max 芯片的MacBook Pro 上，實(shí)時(shí)播放最多7條8K ProRes 的視頻流，以最快達(dá)5 倍的速度分析對(duì)象跟蹤的動(dòng)態(tài)。

Final Cut Pro 軟件可將視頻自動(dòng)修剪成正方形、豎屏或任何自定義尺寸和形狀，極好地適應(yīng)不同社交媒體的需要。

2.4 系統(tǒng)解決的問題

存儲(chǔ)系統(tǒng)的成功搭建，解決了訪問速度瓶頸的問題，解決了不同系統(tǒng)的兼容問題，包括操作系統(tǒng)的相互兼容（Windows 系統(tǒng)與Mac 系統(tǒng)），以及不同文件系統(tǒng)的相互兼容。

X86 和ARM 是蘋果公司在不同時(shí)期產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)。由于使用的文件系統(tǒng)不同，導(dǎo)致它們難以共享存儲(chǔ)資源。X86 體系結(jié)構(gòu)采用的是復(fù)雜指令集（Complex Instruction Set Computing，CISC），而ARM體系結(jié)構(gòu)采用的是精簡(jiǎn)指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）。在指令集方面的差異，使得兩種體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有著很大的不同，無(wú)法在硬件層面直接互通。此外，X86 和ARM 的寄存器和內(nèi)存布局差異也是兩者難以共享存儲(chǔ)資源的因素之一。

新建的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)很好地解決了這一問題，將X86和ARM 架構(gòu)的工作站作為節(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)中，通過資源管理和調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)資源的共享和協(xié)作。

除了解決蘋果公司不同時(shí)期產(chǎn)品的共享問題，新建的系統(tǒng)還具有拓展功能，能夠?yàn)橐院骔indows操作系統(tǒng)的終端接入提供必要的條件。

2.5 系統(tǒng)測(cè)試

為了檢驗(yàn)該后期制作存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能，技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)開展了滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，讓系統(tǒng)中的所有工作站同時(shí)工作，訪問存儲(chǔ)中的素材，測(cè)試系統(tǒng)的平滑程度，檢測(cè)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。經(jīng)驗(yàn)證，構(gòu)建的系統(tǒng)能夠在實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存、剪輯等功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源共享，較大地提升了節(jié)目制作的效率，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3 結(jié) 語(yǔ)

后期制作存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了資源的共享，同時(shí)支持部署Mac 與Windows 等操作系統(tǒng)的工作站，提高了超清和超高清節(jié)目的后期制作效率，滿足了當(dāng)下廣電行業(yè)的需求。在這一平臺(tái)上，如果加入人工智能（Artificial Intelligence，AI）處理引擎，將可以實(shí)現(xiàn)人工智能審片、字幕校準(zhǔn)等功能，更好地服務(wù)于節(jié)目制作。