: архив : архив журнала "625" : 1997 : #1

• Оглавление обзора • Введение • Accom WSD • COLBY Systems DR-3000 • DVC ProntoVideo/PicoVideo • Digital Graffiti VideoStore • DOREMI Labs V1 • Drastic Technologies VVCR • Fast Forward Omega • Магнитофоны FOR-A • HP 4:2:2 VideoDiskRecorder • MountainGate VDR • NEC VF-200 • Optivision VSTOR • Panasonic LQ-D5500 • Philips BTS VDR110 • Pluto Technologies SPACE • QuVIS QuBit • Rapid Tech VISTOR II • Scitex Digital Video Diskus • Sierra Design Labs   Видеосерверы • Alex Libra Media Server • Avid MediaServer & AirPlay • Digital MediaPlex • HP MediaStream • IBM LIMT Media System • Scitex DigitalVideoDigiSphere • SGI Multi-Channel Player • Sony VideoStore • Магнитофоны/серверы ASC • Clipbox • Philips BTS Media Pool • Profile

Цифровые дисковые видеомагнитофоны и видеосерверы.
Сергей Федотов

Задумывая написать этот обзор по цифровым дисковым видеомагнитофонам, мы сознательно хотели ограничить себя функционально законченными устройствами для записи видеоинформации (и может быть звука) на дисковые устройства. В этот обзор не вошли устройства, выполненные в виде платы расширения компьютера (им будет посвящена отдельная статья) или требующие дополнительного оборудования для своей работы. К сожалению, а может быть и к счастью, жизнь внесла свои коррективы, и нам пришлось включить в этот обзор информацию о несколько других устройствах - Media server или Video Server, идущих на смену дисковым видеомагнитофонам. Media server - в русском языке этот термин в дословном переводе будет звучать как информационный сервер или сервер средств. Более точно отражает суть термин видеосервер, хотя как вы поймете в дальнейшем, он также не дает полного представления.

Цифровые дисковые видеомагнитофоны (Digital Disk Recorder) функционально используются для нескольких принципиально различных целей.

Первая цель - замена медленного ленточного видеомагнитофона на быстрое дисковое устройство с нелинейным доступом к видеоинформации. Именно возможность практически мгновенного доступа к информации делает эти устройства все более привлекательными в глазах как пользователей, так и разработчиков.

Вторая цель - замена аналогового носителя видеоинформации на цифровой, с возможностью неограниченно перезаписывать информацию при монтаже без потери качества исходного изображения. Хотя подобные возможности предлагают и традиционные цифровые видеомагнитофоны, цифровые дисковые видеомагнитофоны имеют ряд преимуществ перед ними. В первую очередь это, уже упоминавшийся, произвольный доступ к видео. Многие дисковые видеомагнитофоны способны заменить сразу два видеомагнитофона, так как могут записывать воспроизводимый видеосигнал сразу после обработки. Большим преимуществом данных устройств является простота связи с компьютерными системами видеообработки.

Третья цель - организация интерфейса между компьютером и видео.

К сожалению, в нашей стране основной областью применения цифровых дисковых видеомагнитофонов долгое время была компьютерная графика. И только с развитием систем нелинейного и гибридного видеомонтажа все большее значение принимают первые две цели.

В соответствии с изложенным мы определили критерии отбора систем для обзора. В первую очередь это функционально законченные устройства, способные использоваться в качестве видеомагнитофона в обычной аналоговой или цифровой технологической цепочке видеопроизводства или в качестве накопителя изображений для эфира. Для использования их как монтажных устройств необходима покадровая точность доступа к видеоматериалу и наличие интерфейса управления видеомагнитофоном. Интерфейс для связи с компьютером не рассматривался как обязательное условие, но практически все устройства имеют хотя бы один подобный интерфейс.

Небольшой экскурс в технические подробности цифровых дисковых видеомагнитофонов поможет понять нюансы построения этих устройств и определить собственные потребности, предъявляемые к данным устройствам.

Поток активной части цифрового видеосигнала по стандарту CCIR-601 (4:2:2) при уровневом кодировании 8 бит составляет около 20 МБ в секунду. Несколько лет назад для создания устройства, способного записывать и воспроизводить некомпрессированный цифровой видеопоток в реальном времени, необходимо было переделывать существующие жесткие диски или создавать нестандартные собственные накопители. Таким путем шли пионеры в данной области - Accom, Abekas, Quantel. Настоящий бум на рынке цифровых дисковых видеомагнитофонов произошел с применением в этой области компрессии изображения по методу JPEG, M-JPEG и AV (аудио-видео) жестких дисков. Обычные жесткие диски нельзя использовать для записи видеоданных в реальном времени. Дело в том, что обычные жесткие диски периодически проводят операцию по термокалибровке головок диска, что вызывает прерывание потока данных на время равное нескольким кадрам видеоизображения. AV жесткие диски проводят операцию по термокалибровке головок за очень короткое время, поэтому они обеспечивают непрерывный поток видео.

При использовании компрессии JPEG происходит отбрасывание малозначащих данных из изображения с последующим сжатием оставшихся данных. Естественно, чем меньше данных будет отброшено, тем меньше будет различий между исходным и записанным видеоизображением. Практически неотличимым по качеству обеспечиваемого магнитофонами Betacam SP, принято считать уровень компрессии 4:1-3:1. При этом поток видеоданных сокращается до 5-6МБ в секунду, что позволяет записывать (и воспроизводить) видеоданные в реальном времени на стандартные аудио-видео жесткие диски. Это значительно снижает стоимость всего устройства в целом. Естественно, что подобные устройства имеют ограниченное применение для многократной перезаписи, поскольку циклы компрессии-декомпрессии видео вносят дополнительные искажения.

Математически одинаковые исходный и записанный сигнал удается получить лишь при уровне компрессии менее 1,6:1. До настоящего времени один жесткий диск не может записывать видеопоток с компрессией, обеспечивающей математически одинаковое качество исходного и записанного сигнала. Для записи видео с такой компрессией или вовсе без нее применяют распределенную запись данных одновременно на несколько жестких дисков или на нестандартные дисковые накопители. Распределенную запись на диски можно осуществить несколькими способами. Простейший способ - воспользоваться программной организацией нескольких дисков в один логический диск (striped). Подобная возможность есть в операционных системах Windows NT, UNIX и некоторых других. Есть дополнительное программное обеспечение и для других операционных систем. В настоящий момент на рынке есть несколько цифровых дисковых видеомагнитофонов, построенных на базе компьютера под управлением Windows NT, реализующих подобный подход. Этот метод применяется также во многих системах цифрового нелинейного видеомонтажа (AVID, Division и др.). Другой, более дорогой, способ заключается в использовании аппаратного контроллера RAID для организации распределенной записи на жесткие диски. В простейшем случае данные записываются также как и при программной организации striped дисков. В этом случае принято говорить об организации массива дисков RAID 0, хотя это не совсем правильно. Название RAID образовано сокращением Redundant Array of Independent Disks (избыточный массив независимых дисков) и подразумевает запись информации на несколько носителей с возможностью полного восстановления информации при выходе из строя любого из дисков. При организации RAID 0 выход из строя любого диска приводит к полной потере всей записанной информации. Для дисковых видеомагнитофонов это не представляет большой проблемы, поскольку время записи на них не превышает нескольких десятков минут, и все исходные материалы остаются доступными до конца работы.

Более серьезные требования к сохранности информации предъявляются к видеосерверам, о чем мы расскажем далее.

Для более четкого представления различий дисковых магнитофонов разных производителей выделим наиболее важные параметры для классификации этих устройств.

Тип носителя: стандартные жесткие диски или специализированные носители. Устройства, построенные на стандартных жестких дисках, имеют, как правило, лучшие возможности по наращиванию времени записи и не привязывают вас в будущем к одному поставщику оборудования. Отдельно от этого стоит рассмотреть устройства, которые работают на сменных оптических дисках и обеспечивает практически неограниченное время записи (на соответствующем количестве оптических дисках).

Вид входных и выходных сигналов: аналоговые композитный/RGB/YUV, цифровые последовательный/параллельный D1. Наличие тех или других входных и выходных сигналов однозначно определяет возможность встраивания данного устройства в вашу технологическую цепочку. Конечно возможно использование внешних конверторов сигналов, но это значительно удорожает решение и может быть рекомендовано только при наличии каких-либо уникальных особенностей конкретного цифрового дискового магнитофона, необходимых для вашей работы.

Типы интерфейсов управления: RS-422, RS-232, GPI, собственная консоль, компьютерная консоль. Также как и в предыдущем случае, отсутствие необходимого интерфейса управления может потребовать значительных материальных затрат при встраивании устройства в технологическую цепочку.

Формат записи, тип и поддерживаемые уровни компрессии: 4:2:2, 4:4:4 и т.д.; RGB, YUV; 8 бит/10 бит, JPEG/M-JPEG. В общем случае, эти данные определяют качество записанного видеосигнала:
10 бит лучше, чем 8, без компрессии лучше, чем с компрессией и т.д. Хотя, если исходный материал снят на S-VHS, использование любых устройств, вошедших в обзор, не ухудшит качество материала. Как уже говорилось, для материала, снятого на Betacam SP вполне подходит M-JPEG с уровнем компрессии 4:1 - 3:1. Однако, если работа предполагает многократные циклы перезаписи изображения, то от компрессии лучше отказаться и перейти от уровня кодирования 8 бит к 10 бит. В любом случае за более высокое качество записанного материала приходится расплачиваться большими объемами данных на жестких дисках и соответственно меньшим временем записи. Вот почему важно найти компромисс между используемыми форматом, компрессией и временем записи.

Типы компьютерных интерфейсов: Ethernet, SCSI, и т.д. Эта информация может быть очень важна при использовании цифрового дискового видеомагнитофона для "сброса" компьютерной графики на видеоленту и при использовании компьютерных систем обработки изображения. Действительно, многие популярные программы компьютерной графики ранее поддерживали только интерфейс Ethernet в формате Abekas, хотя в настоящий момент все большее число программ поддерживает SCSI. Отсутствие в устройстве порта Ethernet или несовместимость с протоколом Abekas затрудняют его использование с этими программами. Многие фирмы поставляют системы со своими программами для пересылки данных из компьютера в дисковые видеомагнитофоны (и обратно), но это решение нельзя считать удачным, так как оно приводит к необходимости разделения процессов оцифровки и вывода изображения в отдельную фазу проекта. Нельзя забывать, что Ethernet подразумевает работу в сети, позволяя пользоваться устройством с любого компьютера; SCSI и многие другие интерфейсы подразумевают подключение только к одному компьютеру, но обеспечивают более высокую скорость передачи данных. При наличии интерфейса SCSI к системе можно подключить устройство резервного копирования данных. Обычно это 8-миллиметровые ленты Exabyte. С их помощью можно вести цифровой архив всех работ или использовать ленту для переноса данных с одного устройства на другое. Некоторые системы предусматривают специальный интерфейс для связи с компьютером или с аналогичным устройством для расширения времени записи, для введения дополнительного альфа-канала, улучшения сигнала или формата записи.

Наличие нескольких каналов записи/воспроизведения изображения позволяет использовать одно устройство в качестве нескольких исходных видеомагнитофонов, подключенных ко входу микшера, или одновременно подавать сигнал на устройство обработки и записывать обработанный сигнал на тоже устройство. Количество независимых каналов определяют возможности системы при использовании ее в традиционных монтажных. При компьютерной обработке видео, даже один канал позволяет использовать цифровой дисковый видеомагнитофон и как источник, и как записывающий видеомагнитофон (rotoscoping). Обработанное изображение может быть записано на тоже самое место диска или на любое свободное пространство.

Не все цифровые дисковые видеомагнитофоны имеют возможность записи/воспроизведения звука. Если эта возможность вам требуется, то стоит обратить внимание на формат записи звука и на доступные типы звуковых разъемов. В основном для звука используют некомпрессированную запись с частотой выборки 44,1 кГц при 16-битной кодировке данных или лучше. Это соответствует или превышает качество записи на компактдиске, что покрывает все мыслимые требования к видеоаппаратуре.

Видеосервер представляет собой устройство, предназначенное для записи и/или воспроизведения потоков видеоданных. На первый взгляд речь пойдет все о тех же цифровых дисковых видеомагнитофонах, но есть нескольких принципиальных отличий этих устройств.

Во-первых, видеосервер может не иметь видеовходов/выходов, а распределять сигнал по различным сетям или передавать его на спутник. Это связано с тем, что видеосервер не обрабатывает видеосигналы, а оперирует с цифровыми данными и для преобразования цифрового потока в видеосигнал могут применяться как различные внешние устройства, так и устройства, установленные у потребителя информации.

Во-вторых, видеосервер используется не для производства, а для хранения и распространения готовых видеопрограмм, поэтому для них не обязателен произвольный доступ с точностью до одного кадра, а вполне достаточно точно воспроизводить заданный сюжет от начала до конца. Видеосервер должен обеспечить несколько потоков видеоданных и если для цифровых дисковых видеомагнитофонов это значение варьируется от одного до четырех потоков, то для видеосервера нормальным является значение в несколько десятков и даже сотен одновременных потоков.

Особое значение видеосерверы приобрели в связи с развитием сетей местного кабельного телевидения и Internet/Intranet. В этой области в настоящий момент активно работают не только фирмы известные в области видео, но также и чисто компьютерные фирмы и разработчики программного обеспечения. Дело в том, что с точки зрения программирования видеосервер представляет собой почти обычный сервер, обеспечивающий доступ к общим файлам и базам данных. Единственное и принципиальное отличие состоит в обеспечении гарантированного непрерывного потока видеоданных. Если для доступа к обычным данным время реакции системы может достигать единиц и более секунд и процесс передачи может прерываться для обслуживания других запросов, то для видеоданных время реакции не должно превышать десятых долей секунды и в процессе передачи данных задержка даже в 1/25 секунды вызовет пропуск кадра на экране. За редким исключением, все видеосерверы построены по одной схеме: RAID, компьютер с системой управления данными, устройство вывода потока видеоданных.

RAID является одной из неотъемлемых частей видеосервера и от его производительности и надежности зависят аналогичные параметры всего устройства. Как уже говорилось ранее, существуют несколько различных приемов организации массива дисков. Активно используемый в цифровых дисковых видеомагнитофонов RAID уровня 0 собственно и не имеет право так называться. Официальная нумерация уровней начинается с номера 1. Стоит немного остановиться на различиях между разными уровнями RAID: RAID 1 представляет собой просто "зеркальные" диски, информация на которых полностью дублируется. Естественно, что при выходе из строя одного из дисков, информация не теряется, но скорость работы такой системы не превышает скорости работы одного диска. Такой вариант построения массивов дисков практически не применяется при построении видеосерверов. Более высокие уровни построения RAID используют принцип распределенной записи на несколько дисков, что значительно повышает производительность массива по сравнению с одним диском. RAID уровней 2 и 3 распределяют запись данных на несколько дисков, предназначенных для данных. При этом для RAID 2 используются несколько дисков для записи избыточной информации, а для RAID 3 - только один диск. Стоимость RAID 3 оказывается намного меньше стоимости RAID 2 при прочих равных условиях. Ввиду этого RAID уровня 2 не находит практического применения в настоящее время.

RAID уровня 4 похож на RAID 2, так как для записи избыточных данных тоже используются отдельные диски. Различие между ними состоит в методе разделения данных между дисками, но поскольку уровень 4, как и уровень 2 не получил практического применения, мы не будем рассматривать технические подробности его организации.

RAID уровня 5 распределяет запись как данных, так и избыточной информации, необходимой для восстановления потерянных данных, сразу на все диски.

RAID уровней 3 и 5 имеют несколько разную производительность и, что особенно важно, разную производительность при выходе какого либо диска из строя. Действительно, при одинаковом количестве дисков производительность RAID 3 оказывается несколько ниже, чем у RAID 5, поскольку уровень 3 резервирует один диск для избыточной информации и распределяет данные на оставшиеся диски. RAID 5 записывает данные и избыточную информацию одновременно на все диски, поэтому его производительность несколько выше. Совсем другая ситуация наблюдается при выходе из строя одного из дисков. Уникальность RAID 3 состоит в том, что его производительность при выходе из строя одного диска не уменьшается. Дело в том, что вся избыточная информация, необходимая для восстановления потерянных данных, обрабатывается специальной аппаратурой в реальном времени. Поэтому изъятие любого диска из системы не приводит к необходимости совершать какие-либо дополнительные действия; вся информация оказывается доступной автоматически. Совсем другая ситуация наблюдается при выходе из строя диска в RAID 5. В этом случае, для восстановления потерянных данных, необходимо еще одно обращение к оставшимся дискам, так как избыточные данные распределены на них. Естественно, что на это потребуется такое же время, как и для основного цикла и производительность системы упадет в два раза.

Как видите, наиболее стабильные параметры обеспечивает RAID 3, а наиболее быстродействующие - RAID 5, именно поэтому они наиболее часто используются для создания отказоустойчивых систем.

Для построения систем управления видеосервером применяют различные компьютерные платформы от Windows95 до мощнейших суперкомпьютров SGI Challenge, Digital Alpha и специализированных платформ. Мы не рассматривали чисто программные решения, предназначенные для организации доступа к видеоданным по компьютерной сети Internet. В обзор вошли только вполне самостоятельные устройства, содержащие все необходимое для записи, хранения и распространения цифровых видеоданных по сетям кабельного ТВ, высокоскоростным компьютерным сетям или через спутник. При наличии аналоговых или цифровых видеовыходов, видеосерверы также используют для вставки готовых сюжетов (реклама, заставки) во время вещания. Последняя область применения функционально дублирует назначение цифровых дисковых видеомагнитофонов.

По функциональным возможностям принципиально можно различить несколько групп видеосерверов.

Первая группа серверов, допускающая их применение в качестве цифровых дисковых видеомагнитофонов. Сюда можно отнести продукцию фирм Sony VideoStore, Philips BTS MediaPool, Quantel Clip Box, ASC Audio Video Corporation V300, IBM LIMT Media System и, наверное, Textronix Profile. Различие между дисковым видеомагнитофоном и видеосервером в данном случае довольно условно и, при желании, любое это устройство можно отнести к любому оборудованию.

Ко второй группе относится продукция фирм, более известных в компьютерном мире. Это SiliconGraphics MCP, DigitalEquiment Corporation Mediaplex и DVB Server, Hewlett Packard Media Stream Server и ALEX Libra Media Server. Эта продукция создана на базе традиционных компьютерных систем, оснащенных мощными накопителями на базе жестких дисков, и программным обеспечением СУБД (Система Управления Базами Данных). Среди производителей программного обеспечения для СУБД наиболее популярны две фирмы - Informix и Oracle. Эти видеосерверы ориентированы в первую очередь на запись, хранение и распределение программ. На их базе строят системы кабельного телевидения, системы "видео по запросу" (VOD) и "почти видео по запросу" (NVOD). Для реализации данной задачи СУБД видеосерверов предлагает очень мощный и гибкий механизм управления видеоданными.

Отдельно от всех перечисленных систем следует отметить видеосервер фирмы AVID Technology MediaServer. Построенный на базе компьютеров фирмы SiliconGraphics и программного обеспечения Informix, этот сервер предназначен для создания цифровых систем сбора новостей (DNG). Для этих целей предусмотрена возможность подключения систем сбора информации, систем подготовки новостей, а также выдачи их в эфир. По подобной схеме может работать и система фирмы Quantel.

Мы не рассматривали довольно обширный класс устройств, которые по существу являются высокоскоростными накопителями информации (в том числе и видеоданных). Многие производители причисляют свои изделия к цифровым дисковым видеомагнитофонам или видеосерверам, хотя в их системах полностью отсутствуют какие-либо механизмы управления видеоданными и интерфейсы управления. Поскольку для работы с ними необходимо применять различное внешнее оборудование, мы не включили их в данный обзор.

Некоторые фирмы прислали подробные статьи о выпускаемых или продаваемых ими изделиях. Мы с удовольствием публикуем их.

По остальным устройствам приводится краткая информация, почерпнутая как из технических проспектов, так и из различных журнальных публикаций. Надеемся, что данная статья поможет вам лучше разобраться во всем многообразии устройств, относящихся к дисковым видеомагнитофонам и видеосерверам.