Omneon視頻服務器技術淺析

2008-07-02 柯達福建省廣播影視集團依馬獅廣電資訊網

Omneon視頻服務器目前推出Spectrum和Mediadeck二種系列產品。以往視頻服務器一般是基于PC服務器或小型機平臺架構，通過在機內增加編解碼通道構成一個具備編碼、存儲、解碼和網絡傳輸等功能的單機系統，即該單機可以采集/上載視音頻信號，經編碼壓縮后形成特定文件存儲在硬盤陣列中，播放時通過解碼通道將視音頻文件解壓縮后轉換為視音頻信號輸出。可以說基于這種架構的服務器，在應用上，像是使用類PC設備的感覺。
Omneon的Spectrum系列的視頻服務器與上述的服務器在架構上就有所不同。如圖1。首先，它將視音頻編解碼通道外移到機外，即將編解碼通道組成獨立的設備單元（即Mediaport，俗稱為模塊），它有獨立的供電、散熱等系統，而不依賴于主機；其次，由于通道外移，可以不受機內的主板槽位數所限制，可以設計多種類型的單通道模塊和多通道模塊，如有單通道的雙向編解碼模塊MIP1001a、MIP1003a，3通道和6通道的純解碼模塊MIP3003和MIP3006等。而內置于視頻服務器機內的編解碼板一般在一塊板上設計2個通道，一塊板占用機內一個主板的槽位；第三，模塊與主機通過1394接口連接，一臺Omneon主機（Mediadirector）目前最多可外接32個模塊；第四，硬盤陣列（Mediastotre）通過FC（光纖通道）與主機連接；第五，Omoneon的硬盤陣列共有16塊硬盤，分二組構成6+1的RAID3方式，另外各用一塊硬盤做二個RAID的熱備份，當其中一個RAID中的硬盤損壞時，該熱備份硬盤自動替換上損塊的硬盤。在一個RAID3中通常有一個硬盤是校驗盤，允許一個RAID3中有一個硬盤損壞而不影響正常工作，而Omoneon這樣的6+1+1架構，可以允許1個RAID組中有兩個硬盤同時損壞，提高了數據的安全性；第六，Omneon主機（Mediadirector）采用嵌入式操作系統，開啟速度快，斷電復位和恢復都較方便。

    那么Spectrum具備那些特性呢？
    （1）信號壓縮格式
    OMNEON服務器支持的視頻壓縮格式有：DV(25Mb/s)、DVCPRO(25Mb/s)、DVCPRO 50(50Mb/s)、DVCPRO HD(100Mb/s)、MPEG-2(碼率和GOP結構可選擇)、DVB/ASI、IMX(兼容Sony D10格式，碼率支持30,40和50Mb/s)、也支持ITU-601不壓縮格式。音頻支持AES/EBU(48kHz,16 or 24-bits),AC-3和Dolby E。支持SDTI接口，以實現4倍速上載。
    （2）模塊種類
    Spectrum模塊種類豐富，適應各種場合的要求。
    MIP1000 MEDIAPORT系列：MIP1001a、MIP1003a、MIP1010a、MIP1002、MIP1005等型號。它們共同的特點都是半19英寸寬，1RU高，是單通道的模塊。后面板除BNC接口外，還有AES接口（支持4對AES音頻）、1個RS422控制口、時間碼輸入/輸出接口和LTC輸入/輸出。
    MIP1001a是一款支持一路MPEG-2或DVCPRO或DVCPRO50的編碼/解碼模塊，支持嵌入音頻；MIP1003a除具備MIP1001a的全部功能外，還支持長GOP編碼格式。編碼與解碼是半雙工的。
    MIP1003a除具備MIP1001a的全部功能外，還支持50Mb/s的IMX編碼格式和純I幀的編碼方式。
    MIP1002支持不壓縮的SD信號，支持DVCPRO和HDCAM通過SDTI接口傳輸。支持嵌入音頻。
    MIP1005支持DVB/ASI格式信號的輸入/輸出。可升級到MIP4010，以支持MPEG標準的傳輸流。
    MIP3000 MULTIPORT系列是多通道的模塊系列。它們外形1RU高，19英寸寬。
    MIP3003支持3通道的MPEG-2的解碼，支持4對AES音頻解碼輸出；8對嵌入音頻輸出；MIP3006支持6通道的MPEG-2的解碼，支持3對AES音頻解碼輸出；8對嵌入音頻輸出。
    MIP4000系列是1RU高，19英寸寬的高清模塊。MIP4001 MULTIPORT是單通道的高清模塊，支持MPE-2 4∶2∶0和MPEG-2 4∶2∶2壓縮格式，支持1080i和720p兩種格式。支持16通道的嵌入音頻。可升級到MIP4101和MIP4102。
    MIP4002是MIP4001的雙通道HD輸出的版本。
    MIP4010MEDIAPORTS是支持MPEG單節目和多節目傳輸流的解復用和解碼的模塊。支持MPEG-2 4∶2∶0和4∶2∶2及1080i和720p格式。支持SD和HD的多節目傳輸流。
    MIP4101MULTIPORTS內部帶標清/高清上/下變換的模塊。支持MPEG-2 4∶2∶0和4∶2∶2及1080i和720p格式。
    所有的模塊均支持熱插撥。
    另外，OMNEON視頻服務器的另一特點是RS422控制都是通過模塊上RS422控制口實現對編/解通道的分別控制的。支持VDCP、BYW協議。也可以通過基于以太網的廠家私有API實現控制。
    （3）主機和存儲陣列
    主機Mediadirect MCP2101是1RU高的設備，體積小。內部RAM上固化嵌入式操作系統（OS），可克服普通系統硬盤損壞的風險，且重啟速度快。另外該OS在硬盤陣列上留有一份備份，用于向RAM加載文件管理系統（FSC）文件，以恢復主機的操作系統(OS)，OS數據恢復僅需數秒。
    每臺主機均可配置二個HOST，如圖2。

主機與模塊之間是通過IEEE 1394連接的。單機支持高清最大16個通道（高清19-25Mb/s）；標清最大32通道。主機與存儲硬盤陣列通過2G帶寬的FC連接。支持雙FC環路。每個光纖環路最大支持48塊盤。最大支持3組光纖環路。主機帶二個千兆以太網口。
如圖3主機與硬盤硬陣的連接可以采用單FC光纜連接方式，也可以采用冗余的雙FC光纜連接方式，這樣當一根FC光纜中斷時，也保證系統正常讀寫存儲陣列中的數據。

    硬盤存儲陣列依硬盤容量不同，而型號不同。如同樣是帶16塊73GB硬盤的陣列，可以有二種配置方式：（1）型號為MSC4280a的硬盤陣列，則采用2×（7+1）RAID3方式，即配置成二組無熱備份盤的RAID3方式，總存儲容量為996GB。（2）型號為MSC4272a的硬盤陣列，則采用2×（6+1）RAID3方式，即配置成二組帶熱備份盤的RAID3方式，當一組RAID3中某一硬盤損壞時，則由熱備份自動頂替損壞的硬盤恢復數據。安全性比前一種方式高。這種配置方式總存儲容量為854GB。
    另外，單體硬盤還可以選擇146B和300GB容量的硬盤。
    OMNEON的Mediadeck是緊湊型小規模服務器產品，是為了適應小規模應用場合。它的內部板卡全部借用了Spectrum系列產品的技術。Mediadeck高度僅2RU，內置8塊SATA 500GB硬盤，采用RAID6方式，有二塊校驗盤，允許同時二塊硬盤損壞而不影響工作，總存儲容量高達3TB。機內配置雙電源、雙風扇，支持熱插撥。整機可安裝二個I/O模塊，該I/O模塊也支持熱插撥。每塊I/O模塊支持3個標清通道，可以配置成1入2出或3出。二塊I/O模塊共可支持6通道同時工作。這些模塊和機內的硬件技術完全延續Spectrum技術，包括文件格式、API、Mediatool等都實現完全兼容。主板采用雙CPU，一塊CPU用于實時控制，一塊用于IP控制。全雙工工作。除支持主流的MPEG-2格式外，還支持DV,DVCPRO,DVCPRO 50編/解碼、IMX 30、40、50Mb/s的編碼，還支持DV/MPEG之間的無逢銜接播放。該機同時配有HD（或XDCAM HD）I/O模塊，可支持2路高清通道。