随着广播电视视频领域设备数字化的不断发展，后期非线性系统已广泛在全国电视台使用，随着后期制作设备的计算机化，后期资源共享，协同工作的需求被提上了议事日程。而自97NAB上Fibre Channel技术用于视频网的方案亮相以来，经过两年多的发展，以Fibre Channel技术为核心的宽带视频网已走向实用阶段，国外许多视频和计算机厂家都推出了自己的FC产品，其中Transoft、DG、HP等几家公司目前产品在国外已有许多电视台使用。在国内，这个市场处在新兴阶段，索贝公司和大洋公司于98年下半年率先推出了自己的系统，他们都使用了Transoft公司的Fibre Channel技术，从而在视频网络领域内抢得先机。我台自95年引进AVID后期非线性编辑系统以来，后期节目制作数字化已深入人心。今年五月以来为顺应数字化潮流的发展，提高节目制作水平，充分利用非线性网络的优势来服务于我台新闻节目制作，在新闻部组建了非线性编辑新闻网。

本文从专业技术方面介绍Fibre Channel光纤通道技术及其应用于宽带视频网的可行性，在此基础上，我们结合我台实际需求，最终与合作厂商索贝公司共同提出了适合我台新闻网系统解决方案。

   本文分为以下两个部分：

一、Fibre Channel（光纤通道）技术介绍

二、武汉电视台新闻非线性编辑网络解决方案

一、Fibre Channel（光纤通道）技术介绍
Fibre Channel（光纤通道，以下简称FC）近年来得到了很大的发展，它是对SCSI快速接口技术进行发展的基础上产生的一个能满足多路视频并发的高性能接口，带宽达到Gb大小。FC网不同于以太网等其它网络技术的一点是它的带宽资源几乎全部可用于正确传输数字信号。而网络基本上没有什么管理信息，由于主要采用令牌环拓朴结构，没有碰撞，在重载情况下性能也不会受到影响。它解决了长期以来困扰视频界的高比特率低压缩比视频数据难以组网的问题。在利用现代光纤通信技术，网络技术的基础上，最终可建立以FC为核心的快速存贮网络（SAN），从而供用户来组建高性能的视频网络。

FC是ANSI标准X3.230-19。这个标准描述了一个点对点的物理接口、传输协议、高性能串行连接数据链路协议来支持高层协议，如HIPPI，IPI，SCSI，IP，ATM及其它。FC通过全双工的串行通讯方式，串行也就是说在某一瞬间，只有1bit被传输，全双工即可同时发送和接受比特。FC之所以如此受到关注是因为它的带宽，在使用最新技术下，现在可以达到Gb的传输码率，现在FC的瓶颈目前在PCI总线上（主机和接口卡之间），我们还无法估计将来它将达到什么速度。

（一）             FC的主要技术特点

Fibre Channel连接	SCSI连接
100MB／sec	20MB／sec（最高40MB／S）
4芯线缆或光纤接口	68芯线缆
500米距离	30米距离
每个环路126个设备	每总线16个设备
连接简单	连接复杂
不断电的扩展	不支持不断电的扩展
不需终结器	需要终结器
信号隔离	没有信号隔离件
存贮器连接和网络连接	存贮器连接
可使用HUB，Switch	不能互连

 

FC接口是在SCSI接口的基础上发展而来的，在许多方面FC都与传统的SCSI非常类似，本质上来说，它们都是与存贮设备的快速接口。然而，FC在一些非常重要的方面（例如支持网络互联）又与SCSI不同。FC是由一群深知SCSI缺陷的专家开发制定的，FC在许多方面增强了SCSI性能，弥补了SCSI的不足，两者对比如下：

   下面主要介绍FC的技术特点。

1．速率

FC是一个串行接口，也就是说，在某一瞬时，只传输一个bit，这和SCSI是不同的，SCSI是并行的，传输信息时是多个bit同时传送的。为了在FC中获得更快的速率，FC缆线工作在非常高的频率下，FC 的实际速度为1.06Gband/S（1，062，500，000bits信元/秒）二进制下，传输速度即为1.06Gb/S。由于所有数据采用“8b/10b”的编码方式，所以FC有效传输速率为106MB/S，为简化起见，一般称FC为100MB/S接口。这个速度是Fast Wide SCSI(20MB/S)的五倍，是UltraSCSI接口（40MB/S）的2.5倍。更快的速度使其能应用到对速度需求更高的应用领域，包括视频领域。

SCSI近年来在速度上也有一些发展，达到了80MB，但走向实用还有一段距离。

2．连接

FC的连接通常与“环”（相对于“总线”，FC通常也称为FC仲裁环，即FC-AL）联系在一起。现在也有点对点或fabric的连接方式。如何连接其实并不重要，重要的在于它是如何工作的，在于理解外设和主机之间现在可以不直接连接，用户可以通过Hub或Switch来组建自己的FC“存贮网络”（Storage Area Network），这种存贮网络和计算机网非常相似，使用FC网，可以完成SCSI不支持的网络功能来连接多台主机及外部存贮器，使存贮器可以被共享。

3．可靠性

FC被设计用来支持不间断的热拔插设备。也就是说，在环路中，增加设备时不会影响到其它设备的数据流。这是SCSI所不能支持的。

FC还可使用双环来增强性能和可靠性，如果在一个环路上出现故障（例如线缆断了）可以使用另一环路使FC网仍然保持畅通。同时，由于使用双环将使环路带宽可达到200MB/S。数据的完整性也十分重要，数据采用“8b/10b”编码方式，来确保传输的精确性。所有数据帧都携带检验的信息，可以在接收端来验证数据，如果发现故障，发送端将重新传送数据（检错重发）。最后，FC支持光纤连接，这有许多好处，可以避免电气噪声的影响，而且可以使设备之间距离达到500米（将来可以支持10KM长的连接）。用户可以存贮信息到较远的地方，这样可以避免一些管理安全性上的问题。

4．电缆

与SCSI不同的是，FC非常容易安装，无论选择铜芯电缆（支持30米连接）还是光纤（支持500米连接），直径都很小，而且非常柔软，而SCSI使用粗的笨拙的铜电缆。另外在FC中，无需终结器。而终结器在SCSI中是一个经常导致问题的部件。

5．容量

FC最多可以连接126个设备，如果每个端口连接一个9G硬盘，则在单环上存贮网络总容量可以超1TB，而SCSI只能支持16个连接。

所以说，在SCSI的基础上，FC为了存贮界带来很多新的性能和可靠性。FC可以支持复杂的连接或更多的设备，加上集线器或Switch，FC极大开拓了高速存贮器领域。

（二） FC拓朴结构

FC由于支持网络连接，所以也存在拓朴结构，由于FC是从快速存贮系统发展而来，严格来说，它只是一个存贮网络系统（SAN），正是由于FC的可互联性，才使之可应用于视频网络。FC拓朴结构主要有以下三种。

1、 点对点

最简单的一个例子，仅仅作为一个通道,一个系统仅由单个CPU（主机）连接一个存贮设备组成，由于仅仅是一个连接，所有带宽都可以使用，它适用于需要这种连接速度的用户，不需要HUB。这种结构同传统的主机通过SCSI接口连接硬盘是一样的。

2、 Fabric交换式结构

交换式集线器连接多个结点，当某个连接产生时，可提供所有带宽供其使用，好象是点对点的连接，结点可以是一个CPU，存贮设备等。通过星形层次连接，理论上可连接无限个结点数目，同时提供企业级带宽。有些Fabric还具有能连接以太网、ATM、FDDI的结点，还可被FC-AL利用来连接到外部世界，Fabric有F端口用来连接单个结点，还有FL端口可以连接FC-AL仲裁环。

3、 Arbitrated loop仲裁环

仲裁环网络能达到100MB/Sec的峰值速度。值得注意的是，各个工作站的性能达到的速度不但取决于网络速度，还取决于自己的硬件配置（网卡，CPU及标准系统）虽然令牌环网建立并不需要HUB，但没有HUB，在环路中的任何故障都会使所有结点崩溃，HUB提供冗余的环路和端口旁路电路用于热插拔及应付节点崩溃的情况，也就是防止在环路中的其它结点受到影响。每个结点地址分配一个仲裁环位置地址（Arbitrated Loop Position Address，简写为ALPA）。ALPA相当于SCSI ID，与严格的SCSI ID不同的是，ALPA可以在环路初始化时动态分配（更接近于NT网中的动态IP分配）。非线形视频网一般采用的是这种拓扑结构。

（三） FC的局限性

由于FC本质上还是一个快速存贮系统，虽然具备了一些互联的功能，但还远不是一个完善的网络。我们熟知的网络大都是以服务器为核心的，如NT、Netware、Unix等。供助于服务器来组建网络的安全模型，提供文件服务。而FC网核心是FC快速硬盘，没有专门的服务器来管理网络。Transoft公司的 FC硬盘系统借助于Fibre Net管理工具只能提供对卷的访问控制。它在硬盘系统中划分几个卷，然后对卷进行读、写两种最原始的管理方式。而在服务器/客户机的传统网络中，可利用服务器对系统进行文件级、用户级的安全管理。在现有FC基础上，目前还无法达到基本的安全管理要求。在实际应用中，这会带来管理上极大的不便。例如，当某用户获得某个卷的写权限时，他很容易对别人的素材进行修改或删除，而系统无法知道用户是谁，也无法精确限制它的权限。这一点有可能会带来严重的混乱。

（四） FC应用于非线性编辑视频网

压缩比	参考视频指标	视频时间/GB	所需带宽
1：1	D1	49’’	21MB
2：1	数字Betacam，D5	1’37”	10.5MB
4：1		3’14”	5.25MB
5-8：1	Betacam-SP，M2	4-6’30”	4.2-2.6MB
20：1	脱机	41’	1.05MB

 

    如前所述，由于FC技术的成熟，视频宽带网已成为可能。我们可以针对电视台的具体工作量来设计基于FC的非线性网。下表描述了视频领域常见电视信号数字格式的数据量：

由于FC的带宽为100MB，所以即使在不压缩的情况下，也可提供五台非线性系统同时协同工作。由于新闻节目通常采用4：1的压缩比存贮节目质量已足够好，在这种情况下，FC理论上可支持近二十台工作站，除去存贮器所占带宽，加上冗余的考虑，仍可支持十几台工作站同时并发访问系统。以上结论在实际工作中以得到验证，浙江有线电视台即采用了七套非线性设备组网，自开播以来，FC 网络工作稳定。

由于FC在网管上的薄弱难以满足实际工作的要求。而在目前最为成熟的以太网上，系统管理已比较完善，价格也比较低廉，因此考虑在单纯的FC网上再连接一个以太网来专门管理素材，可以充分发挥以太网的优势来弥补FC网的缺陷同时并不占用FC网上的带宽资源。通过基于NT的以太网可以真正做到文件和人员级的安全管理，从而使整个系统趋于完善。

在FC网上同时连接一个以太网时，各带硬件卡（Digisuite LE）的非线性工作站同时配备FC网卡和以太网卡来连接FC Switch和以太网服务器。配备以太网的另外一个好处是可以将素材通过上载机同时上载到FC硬盘（低压缩比，如4：1）和以太网服务器（高压缩比，例如20：1，相当于VCD质量）上，这样，用户可以在基于以太网上的工作站上进行素材编辑，虽然此时操纵的素材是高压缩比，但编辑好的信息表可以同步到FC硬盘上低压缩的素材，同样可以完成对素材的编辑工作。这样做的不足之处是记者操作时面对的是高压缩比信号，视觉效果较差；好处是在千兆以太网上编辑高压缩比素材可以避开FC网上的带宽瓶颈，可以连接多达数百台的工作站，另一个好处是可以降低造价，因为这些工作站省去了较为昂贵的FC网卡，和FC Switch模块。由于现在计算机硬件性能已十分强大，还可考虑在工作站上采用纯软件简单编辑软件，若不太计较编辑时视觉效果而且在粗编期间可不考虑字幕和音频，则采用这种方式可大幅降低造价。当然，编辑完成后下载的视频信号仍是低压缩比的广播电视级信号。

 二、 武汉电视台新闻部非线性网络解决方案

　　我们期望通过多媒体网络的建设，能提高节目制作的质量和效率，充分发挥多媒体网络和数字设备的灵活性和先进性，为新闻节目制作、实时播出提供稳定可靠的基础，同时用于升级替代现有即将淘汰的传统模拟设备。

武汉电视台新闻部多媒体网络主要用于制作《武汉新闻》及全天的整点滚动新闻。我台新闻部现有新闻记者四十余人，摄像机十九套，后期对编机6套。武汉新闻（含滚动新闻）每天制作量约30分钟，全部为自拍，考虑到冗余后原始素材长度和制作完节目长度预计为8：1。另上载后的素材应保留三天后才可删除，故整体素材长度为12小时，按4：1计算需要硬盘存贮空间为230G。考虑到故障情况和硬盘上应留出部分空间作公共卷（存贮公共素材如片头等），本系统选用了360G（18×10×2）硬盘塔。每日新闻应在6点之前全部采集回来（有时有特殊情况在六点之后）。预计下午4：00~6：00会有一个使用对编设备的高峰期。

记者录制新闻流程如图1所示：

 

针对我台实际情况，我们设计出整个系统如图2所示：

针对上框图做出几点说明：   

1. 系统采用FC与以太网共存的双网来连接各工作站。以台网联结所有的工作站，以实现工作流程管理和工作站之间的编辑信息传递；FC联结那些使用高质量视频数据工作的工作站，以实现数据共享。FC和以太网用各自的高性能Switch连接各工作站。FC 中配有两台硬盘阵列（单台容量为180GB），一台12个端口（用可扩展为16个端口的机箱）Switch，硬盘阵列与Switch用铜缆（10米，不可加长）连接、工作站与Switch用光缆（60米，可加长）连接。以太网服务器采用带有双CPU和72GB硬盘的高性能服务器，配备一台带有一个100Mb端口的24端口的Switch，服务器与Switch之间数据传输率为1000Mb/s。
2. 针对我台现有后期对编机工作量，非线性工作站设计为五台。非线性工作站硬件板卡为Digisuite LE，对于新闻编辑来说，主要是硬剪，而对特技要求不高。Digisuite LE是 Matriox公司对原有Digisuite卡技术基础上进行简化后推出的一个价格较低的板卡，它仍然支持双通道实时视频及各种数字特技，在硬件上足以支持新闻的简单编辑和特技。软件使用索贝公司的快编工作站（新快刀），新快刀系统不同于传统非线性编辑软件，它针对新闻特点作了简化，使之更易上手使用，记者可以选择性上载，在新闻制作简单的场合可进行条目粗编。但这样做也会带来一个问题，即记者可能会长时间独占上载机资源，我台利用现有录像机，使五个快编工作站均配备录像机可上载素材。这样对于大多数比较简单的新闻，记者可在一台工作站上就可完成新闻条目的制作。
3. 串编工作站上完成对条目的调整精编，同时上字幕做特技，这两套工作站选用高档的Digisuite板卡，运行串编工作站软件，其中一台还配上三维特技卡，以满足新闻专题节目制作等对特技要求较高场合的需要。
4. 配备千兆以太网作为FC视频网的辅助管理网，主要完成管理功能，同时在以太网上配备三套预编工作站，硬件为Digisuite LE板卡或采用纯软件方式。这三台工作站主要用来在以太网上扩展视频工作站点，准备提供经济类新闻使用。
5. 根据需要还配置配音工作站、审片工作站、新闻字幕机等。新闻字幕机中设计完成许多新闻字幕模板，用来快速生成各种固定效果的新闻字幕。

该系统充分考虑了我台工作实际模式，系统科学合理，设计中在FC网外另加一个以太网，可以弥补FC网管理功能弱的缺点，同时留下良好的扩展性，在需要时可随时扩展更多的非编站点。我台非编网在今年七月份设计成功后，已于9月份投入试运行。目前网络工作十分稳定。

由于数字技术的飞速发展，FC技术也在不断创新。可以预见，FC网组建的SAN由于具有带宽大且稳定的特点，必将更加广泛应用于数字视频领域。我们在数字化大潮中，应不断学习新知识，把握技术发展的大趋势，才能正确地作出我们的选择。