电视台HDAPS中硬盘关键技术的研究
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摘要：本文介绍了电视台硬盘自动播出系统主要技术，分析研究了其中的硬盘的关键技术。
关键词：硬盘；RAID；播出系统
中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)18-2pppp-0c
Application Research on the Hard Disk of the hdaps for Television Station
SUN Yong,REN Yue-lin
(1.Zhejiang Economic & Trade Polytechnic,Information Technology Department,Hangzhou 310018,China;2.Zhejiang University of Media And Communications,Hangzhou 310018,China)
Abstract:The paper introduces the main technology of Hard Disk Auto Play System,analyses the key technology of Hard Disk in that System.
Key words:Hard Disk;RAID;Play System
近年来， “硬盘自动播出系统（Hard Disk Auto PLAY System，简称HDAPS）”逐渐淘汰了原来以切换台为核心，由录像机主播的模拟播出方式，跨入由硬盘播出服务器为主、通过自动切换器转播其他电视节目为辅助的全自动硬盘播出时代。硬盘自动播出系统，简称自动播出，其基本工作原理是：首先将要播出的电视节目信号如模拟信号或数字信号通过采集卡进行视频信号转换并存储到计算机硬盘中，然后用自动播出软件编排节目播出表，最终由专业播出板卡输出音视频信号到播出发射设备。[1]
电视台硬盘自动播出系统作为一个全新的技术对广电系统数字化进程意义重大，而硬盘在这个系统中起到十分重要的作用，本文主要就针对其相关硬盘部分的关键技术进行研究。
1 硬盘自动播出系统中高速视频硬盘的应用
由于在硬盘自动播出系统中传输的视频信号具有数据量大、传输速率高的特点，因此对硬盘的要求较高。那么如何为系统选择合适硬盘类型呢？它与现在普遍使用的硬盘有什么重要的区别呢？本文将从以下几个方面进行考量。
从主轴转速上考量
硬盘的转速多为5400rpm、7200rpm、10000rpm和15000rpm。转速越高意味着硬盘的平均寻道时间越短，能够更迅速找到需要的磁道和扇区。现在普通的IDE硬盘转速一般达到7200rpm，而硬盘播出系统需求的是高速视频硬盘，其转速应达到10000rpm及以上
从硬盘接口方面考量
硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度。硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，IDE接口硬盘多用于家用产品中，也部分应用于服务器，SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。SATA是种新生的硬盘接口类型，已经逐步代替IDE硬盘在市场的地位。相比较而言，硬盘播出系统中的硬盘系统需要具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等特点，而SCSI接口硬盘正好满足这些要求，具有较高的性价比。采用Ultra WIDE、Ultra 2 WIDE、Ultra 160/m标准的SCSI接口速度已经分别可以达到40MB/s、80MB/s、160MB/s，现在Ultra 320标准已经确定，数据传输率已经达到了320MB/s。[2]这样将有利于提高视频信号的存储时间以及存储质量。从目前国内各级电视台针对硬盘自动播出系统的应用和筹建需求的考察，SCSI接口硬盘是系统中较为广泛的选择。但随着硬盘播出系统的不断完善以及多频道播出和大量新兴业务播出的需要，针对多硬盘存储系统，为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性而开发的光纤通道硬盘将成为今后的发展趋势，它具有热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等特点，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。
从热插拔特性方面考量：
热插拔(Hot Swap)是一些服务器支持的硬盘安装方式，电视台硬盘自动播出系统中需要在服务器不停机的情况下拔出或插入硬盘，而操作系统可自动识别硬盘的改动。这种技术对于24小时不间断运行的服务器特别是的视频服务器来说是非常必要的。普通的硬盘一般不支持热插拔，所以我们需要为硬盘播出系统选择符合热插拔标准的高速视频硬盘才可以实现热插拔，达到系统的需求。
从缓存容量方面考量
提高硬盘高速缓存的容量也是一条提高硬盘整体性能的捷径。因为硬盘的内部数据传输速度和外部传输速度不同。因此需要缓存来做一个速度适配器。缓存的大小对于硬盘的持续数据传输速度有着极大的影响。它的容量有512KB、2MB、4MB，甚至8MB或16MB，对于视频捕捉、影像编辑等要求大量磁盘输入/输出的工作，大的硬盘缓存是非常理想的选择。高速视频硬盘一般都配置了容量相对较大达到8MB及以上。同时，高速视频硬盘采用了巨型磁阻磁头(GMR)技术，其读、写分别由不同的磁头来完成，大大提高了硬盘的速度。而IDE硬盘的缓存容量则比较小，一般为2MB，虽然现在也出现了8MB缓存的IDE硬盘，提高了一些IDE硬盘的性能，但是由于IDE硬盘的先天不足，所以其性能没有得到显著的提升。
从扩展性方面考量
高速视频硬盘的扩展性要比IDE好得多。一般每个IDE系统可有两个IDE通道，总共连4个IDE设备，使用比较特殊技术的主板也只能最大支持8个设备。而SCSI接口可连接7~15个设备，比IDE要多很多。现在IDE只有硬盘和光驱两类设备，SCSI则多得多，比如扫描仪、打印机等。IDE的电缆长度大约为45cm，SCSI则可以达到1.5~12m，甚至更长，安装的自由度高了很多。由于高速视频硬盘设备的中断共享，即只由SCSI卡占用一个中断，连接在其上的设备由SCSI卡提供ID地址。因此使中断得到了扩展，解决了出现中断冲突的问题。
从多任务方面考量
高速视频硬盘支持多任务，表现在它允许对一个设备进行数据传输的同时，另一设备对其进行数据查找，这在如网络服务器系统中非常重要，因为它们经常需要同时处理许多并行请求，此时如果存储系统不支持多任务性，那存储系统都不知道该去响应谁的请求了。
2 硬盘自动播出系统中RAID存储技术的应用
在广播电视行业，特别是硬盘播出系统中硬盘系统安全、高速一直放在首要位置，硬盘播出系统的核心设备是视频服务器，而存储的介质便是硬盘，因此视频服务器所管理的硬盘存储技术是硬盘播出系统又一关键技术。视频服务器的硬盘均采用RAID技术， RAID是由美国加州大学伯克利分校的D .A .Patterson教授在1988年提出的。直译为“廉价冗余磁盘阵列”，简称为“磁盘阵列”。通俗而言，RAID技术是将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，这样可大大减少数据的存取时间。
RAID技术具有以下特点：
(1)传输速率高
在RAID中，可以让多个磁盘驱动器同时并行传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又呈现出一个磁盘驱动器，便于操作系统管理，所以使用RAID可以达到单个磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率，这也是RAID最初想要解决的问题。因为当时CPU的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率无法大幅度提高，所以需要有一种方案解决二者之间的矛盾，这是RAID技术得以成功的最重要原因。
(2)提供容错能力
普通磁盘驱动器无法提供容错功能，像写在磁盘上的CRC(循环冗余校验)码的技术只是一种软件技术，而RAID容错能力是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错上的，所以它所提供的安全能力是软件容错技术所无法做到的。
目前用于广电行业的视频服务器的硬盘阵列多采用RAID 3与RAID 5
RAID 3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十1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，RAID 3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RAID 3安全性是可以得到保障的。与RAID 0相比，RAID 3在读写速度方面相对较慢。
RAID 5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
RAID技术具有海量存储、数据可自动恢复、安全性好等优点，它不仅很好的实现了广播电视节目制作、播出时的资源共享，同时也解决了节目播出所需要的安全性问题。随着RAID技术的不断发展，它必定会得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]硬盘自动播出系统用户手册,2006.12.10
[2]技术与优势：详谈SCSI硬盘
收稿日期：2008-03-10