Архитектура совместного использования видеосерверов

Архитектура совместного использования видеосерверов

Быков В.В., МТУСИ

С развитием цифровых методов формирования и передачи видеоинформации, а также компьютерных сетей, широкое применение находят видеосерверы. Эти аппаратно-программные устройства обычно могут объединяться сетями в группы для формирования многофункциональных систем большой мощности. Однако в классификации видеосерверов нет полного единообразия. В настоящей статье приводится несколько часто используемых архитектур серверных систем.

Считается, что первым работающим видеосервером был Profile, который предлагался под различными торговыми марками, а теперь

— под брендом Thomson Grass Valley. В начале он не был совершенным устройством, но простая запись и воспроизведение видеоинформации на жесткий магнитный диск воспринималась тогда как чудо. Одновременная работа со многими цифровыми видеопотоками с различными разрешением и файловыми форматами — были тогда только мечтой. В настоящее же время трудно представить любую совершенно выполняемую операцию в области ТВ-производства без сервера или его развития — распределенные сети накопления информации (SAN). Функции, выполняемые серверами, чрезвычайно широки и разнообразны. Они работают на разных платформах и обеспечивают высокую надежность. Компания SeaChange гарантирует готовность к работе своих систем порядка 99,999% .

В современном цифровом ТВ-вещании видеосерверы играют важную роль. Они могут являться ключевыми компонентами технологической цепочки постпроизводства и систем выдачи программ, где большое значение имеют их надежность и интероперабильносты с остальным оборудованием. Подчас вещателям трудно сделать выбор тип оптимального сервера для своего комплекса. Более того, даже при ясных требованиях к создаваемой системе трудно оценить необходимые изменения в перспективе.

Серверы ранних выпусков представляли собой автономные устройства в одном корпусе, которые требовали наличия внешних систем управления, обеспечивающих удобный интерфейс для пользователя. Такие серверы практически не обеспечивали наращивания системы, хотя некоторые из них и имели некоторую возможность сетевой работы в виде первого шага в направлении к интеграции отдельных устройств. Они позволяли работать с файловой передачей информации.

С первых образцов этих устройств серверы разрабатывалисы с учетом многоабонентского доступа к контенту. Интерфейс полызователя возможно ближе приближался к требованиям работы! с ме-дисщанны1ми и связанными с ними метаданными.

Это приводило к повышению эффективности и снижению общей стоимости. В настоящее время с сервером тесно связываются такие функции, как загрузка (захват) материала, его регистрация и уп-

равление, монтаж и выдача зрителям. Эти требования могут значительно отличать друг от друга в зависимости от назначения сервера (например, используется он для спортивных и новостных программ или для выдачи кинофильмов).

Существует несколько типов архитектур серверных комплексов для телевидения — от простых автономных блоков до сетевых систем, распредленных сетей хранения данных (SAN) и гибридных систем. Вещателям часто приходится постепенно проходить все эти стадии при совершенствовании своих производственных комплексов.

Прежде всего видеосервер может использоваться как отдельное устройство — это простой сервер с внутренним накопителем. Он оснащен аудио- и видеовходы/ выходы1 и возможности внешнего управления через Ethernet или протокол RS-422. В таком сервере (рис.1) не предусматривается файловый обмен материалами между отдельными устройствами.

Важнейшей частью любого сервера является подсистема накопления цифровой информации. Выделяют три основных типа дисковых систем накопления.

К первой из них относятся единичные дисковые накопители, которые постоянно развиваются. В начале этого столетия появились накопители на жестких магнитных дисках емкостью 72 Гбайта и 144 Гбайта. В настоящее время выпускаются дисковые носители больших возможностей. Для оценки объема памяти серверов с этими накопителями отметим, что для одного часа запоминания цифрового потока со скоростью 10 Мбит/ с, сжатым по стандарту MPEG-2, требуется емкость 4,5 Гбайт. Дисковый накопитель емкостью 144 Гбайт сможет записать до 32 часов такого аудио/ видео-потока.

Более высокий уровень серверной технологии обеспечивает взаимным соединением нескольких серверов через Ethernet. Контент может перемещаться между отдельными устройствами или к системам нелинейного монтажа (СНМ), подключенным к общей сети. Могут существовать и ограниченные возможности одновременного доступа, но накопление происходит еще в различных серверах или рабочих станциях (рис.2).

При третьем уровне используется волоконно-оптический канал SAN для обеспечения централизованного накопления. Все подключенные серверы вместе с СНМ получают прямой доступ к материалу через SAN и возможность монтажа сразу после начала загрузки данных в систему (рис.3).

Для подготовки новостных и спортивных программ лучше всего подходит четвертый уровень серверной архитектуры, совмещающий сетевую технологию Ethernet и SAN (рис.4). Например, во время записи футбольного матча на один из серверов, входящий в со-

Входы SDI |

Управление по Ethernet -----*

Управление -------

lepei RS-422

Рис.1. Сервер с архитектурой первого уровня с внутренним накопителем

Видео-

сервер

Файловая передача по локальной сети

Ethernet 1 Видеосервер

внутренним накопителем

Ethernet

Видеосервер

с внутренним накопителем

Рис2. Серверная архитектура второго уровня с взаимным соединением нескольких серверов первого уровня через ВЬете!

Видеосервер

с внутренним накопителем

Система

нелинейного

монтажа

Распределенная

система

накопления

SAN

Файловые потоки монтажа и выдачи материала

Видео-

сервер

с внутренним накопителем

Система

нелинейного

монтажа

Рис3. Серверная архитектура третьего уровня с волоконно-оптическим каналом SAN для обеспечения централизованного накопления

став комплекса, материал редактируется для выделения наиболее яркого эпизода матча. Затем этот эпизод подается для передачи телезрителям через другой сервер. Одновременно осуществляется трансляция по сети Ethernet к IP-службам сети Интернет. При этом запись матча на первый сервер не прекращается.

Все четыре типа серверных комплексов могут эффективно использоваться ТВ-производстве и вещании. Представленные типы архитектур серверных систем позволяют приобрести сервер первого уровня и по мере возрастания требований к системе наращивать ее возможности без приобретения излишнего количества аппаратных средств.

В серверах раннего выпуска наиболее часто использовалось кодирование MJPEG. Затем стали применять MPEG-2 и DV, а сейчас — MPEG-4 и Windows Media 9. Поэтому вещатель, приобретая

сервер, должен быть уверен, что это устройство работает с существующими форматами и будет совместимо с новыми стандартами в перспективе. Поэтому необходимы универсальные кодеки, которые способны обеспечить совместимость различных систем. Здесь большие надежды возлагаются на файловый формат МХЕ Файлы МХЕ являются упаковкой для различных видеоформатов (МРЕЭ, DV и др.) и могут заключать в себе медиаинформацию от всевозможных кодеков. Каждый файл содержит, кроме видео- и аудиоматериала, всесторонние метаданные и компоненты, которые позволяют считывать файлы МХЕ устройствами. Некоторые производители серверов и СНМ уже обеспечивают своим устройствам поддержку формата МХЕ Однако предстоит еще много работы над концепцией применения стандарта МХЕ особенно с точки зрения его практического освоения пользователями.

Видеосервер

с внутренним накопителем

Файловые выходы к 1Р-службам в Интернете и в мобильные сети

Волоконно-оптические каналы системы SAN Каналы Ethernet

Рис. 4. Серверная архитектура четвертого уровня, совмещающая сетевую технологию и SAN для обеспечения высокой эффективности системы

В зависимости от назначения и конкретного применения требования к управлению сервером могут очень сильно отличаться. Автоматизированные системы ТВ-предприятий имеют тенденцию к использования Протокола управления дисковыми устройствами накопления видеоинформации (VDCP), разработанного компанией Harris, или подобного ему протокола. В новостных комплексах для обмена информацией утвердился протокол MOS, а также некоторые интерфейсы для прямых передач. Спортивные трансляции требуют высокой гибкости системы и обеспечения быстрых повторов захватывающих моментов спортивных состязаний, для чего могут использоваться как отдельные устройства, так программное обеспечение на видеосерверах.

Серверы, которые имеют слоистую структуру программного обесечения, легко адаптируются к таким разнообразным задачам. Их высокая гибкость позволяет пользоваться одним сервером сразу нескольким операторам и даже несколькими каналами на одном сервере для выполнения ряда задач.

Перечислим некоторые моменты, на которые необходимо обратить внимание при выборе видеосервера. Это позволит более наглядно представить требования, предъявляемые к видеосерверам. Необходимо:

— убедиться, что видеосервер отвечает требованиям создаваемой системы;

— проанализировать характеристики входов/ выходов, способность работать с видео обычного разрешения или ТВЧ, возможность передачи файлов с форматом MXF и другие вопросы;

— определить число каналов, возможность работы с цифровыми или аналоговыми видеосигналами и интегрированным звуком;

— выбрать оптимального производителя и определить предстоящие затраты.

Примером современного видеосервера может быть передающий видеосервер NX4000TXS компании Leitch, который является ключевым устройством в серверной системе Leitch NEXIO. Он обес-

печивает многопользовательский одновременный доступ к материалу и приемлем по стоимости для широкого круга ТВ-предприятий. Серверы NEXIO предназначены для работы в новостных комплексах и выдачи программ. Обеспечивают возможности дальнейшего развития, устойчивы к отказам и интероперабильны, включая простую интеграцию с IP-сетями. Каждый NX4000TXS поддерживает до 4 каналов, имеет порт Gigabit Ethernet и интерфейс Fibre Channel со скоростью потока 2 Гбит/ с.

Многие вещатели считают более рациональным поэтапное наращивание серверных систем, что относится как к числу каналов, так и объему памяти с обеспечением минимальных перерывов в процессе ТВ-производства. Поскольку в современных серверах применяются стандартные компоненты и файловые форматы, они легко взаимодействуют с другими устройствами, оснащенные необходимыми интерфейсами. Видеосерверы последующих поколений будут иметь более развитое программное обеспечение и обеспечат еще большую гибкость в отношении разнообразных форматов и в использовании памяти. Развитие сетевых методов и снижение стоимости накопительных устройств позволят широко использовать серверы для построения эффективных и относительно недорогих систем ТВ-производства и выдачи программ. При этом стандартные файловые форматы (типа MXF) и системы, основанные на программном обеспечении, упростят технологический процесс традиционного ТВ-производства и позволят транслировать видеоинформацию по Интернету и сети мобильной связи.

Литература

1. Быков В.В. Видеосерверы для ТВ-производства и вещания//Техника кино и телевидения. — 1999. — № 6. — С. 12-17.

2. Быков В.В. Видеосерверы и их применение в вещании//Техника кино и телевидения. — 2002. — №4. — С. 8-12.

3. Материалы Broadcast Engineering, 2004 (February, April).