谈影响视频服务器系统性能的若干指标

昆明电视台播出部陈冰
　　摘要 视频服务器作为电视台数字网络化的关键设备,其性能直接影响网络性能。本文主要介绍了决定视频服务器性能的主板性能,总线速度,硬盘阵列及硬盘的性能等重要指标。

　　关键词 硬盘性能 驱动器接口 RAID技术 双CPU

　　我台的数字化网络化建设是从建设全硬盘网络自动播出系统开始的。硬盘播出的核心设备则是视频服务器及其存储设备。在调研及系统的选型中我们主要考虑的是视频服务器的输入输出通道数和存储容量,而在建设及运行中我们发现影响整个系统性能的还有一些重要指标。

　　视频服务器作为视音频信号的最终存储中心,其性能决定了整个系统的性能。视频服务器系统究其根本仍为计算机系统,由于其存储的是数字电视信号,要求其指标更高,传输量更大,速度要求更快而已。因此其系统性能的评估方法只能来自计算机业。

　　主板的性能,CPU的性能决定了系统的数据处理能力和速度。但在CPU速度飞速发展的今天,总线速度,内存的大小,硬盘的速度都是制约视频服务器性能的重要因素。

　　作为数字电视信号的存储中心,视频服务器的存储器容量直接决定了其储存量指标。对电视信号来说,其储存量指标取决于系统所选用压缩格式及视频信号的取样频率下,其储存器能存储的该比特率的视频素材的小时数,当然这最终取决于储存器所含硬盘驱动器数目。由于广播级数字电视信号的高带宽和高传输量,视频服务器一般配备光纤通道的采用RAID技术的硬盘阵列。

　　视频服务器的主要功能是储存视音频信号,并在需要时播出,因此作为储存部分的物理硬盘驱动器，其性能对系统来说非常重要.硬盘的容量决定了储存视音频素材的小时数,硬盘的转速则影响视音频素材的存取速度。

　　当驱动器从服务器或向服务器移动大量数据的时候，所用驱动器的性能就成为一个很重要的因素。在处理较小的数据集时，计算机的数据应用程序工作还算满意，这些数据集通常分成许多块，散布在驱动器整个表面。与稳定地发送连续数据相比较，通用计算机应用程序的非连续特点令硬盘驱动器所受到的压力很小。

　　视频服务器要求从硬盘驱动器到服务器之间的双向数据流都更连贯而且不中断。而且要求播放相邻独立帧要连续，尽量减少跳帧或者中断。在使用MPEG-2时，信号传输过程变得更为复杂。为了最大限度满足压缩要求，MPEG-2采用帧相关压缩。压缩是以图像组（GOP）为一个单元的，由I帧B、P帧构成,需要前向的和后向的帧预测。如果被延时或者跳过的帧是B帧或者P帧，那么整一秒的素材可能都受影响。这就令对由驱动器流向解码子系统的稳定的数据流无干扰的等时数据恢复更加重要。因此视频服务器对驱动器性能的要求比一般计算机要高。

　　计算机技术的飞速发展,为视频服务器的性能提高创造了条件。　

　　我们大家都亲眼目睹了PC面世以来的迅猛发展。PC的每个方面，包括速度、尺寸和性能都在非常快速地发展着。自从64kB的Altair出现以来，内存的价格和需要已经有了极大的变化。

　　处理器已经从8位和16位一下子增加到256位。硬盘驱动器已经从1984年IBM PC的10MB，增长到目前在视频服务器系统里普遍采用的81GB。计算机的价格也以相应方式大大下降。

　　在PC机、服务器和视频媒体传输设备仍然保留着一个共同点，那就都以完成一个完整序列的任务的速度来衡量系统性能。

　　比起单以“容量、储存量或者记忆量”的衡量标准来，这个标准似乎更客观一些。但业内对此仍有一些误解。

　　举个例子。现在人们将处理器作为衡量系统性能的标准：处理器越快，性能就越好。然而，在过去几年，当处理器的时钟转速几乎达到极限时，速度上的大大提高对于系统性能的改善意义已经不大了，这时如果仍以处理器速度来衡量系统性能就不客观了。

　　总线速度和RAM（包括DRAM到SRAM的任何RAM）对总线速率度的均衡能力，令处理器时钟速度增加无法为系统性能带来很大的改善，因此一成不变的总线速度成为系统性能提高的瓶颈。因此,有的视频服务器采用双CPU结构,操作指令系统与视频数据处理分别由不同的CPU来完成。即将视频数据通道与总线相对独立,其控制由另一个CPU完成。这样,视频信号经编码后直接写入硬盘,读出时则由硬盘直接进入解码器。所有数字视频数据流均受控直接访问,大大缓解了数据处理的压力,提高了数据处理和传输的速度和可靠性,避免了由于数据量过大而造成的阻塞。我台选用的PVS1000系列视频服务器即采用双CPU结构。

　　PC响应性也值得关注。各个插件（包括电路板）都已开始改变。需要更多可用的在线存储，程序和OS（操作系统）的大小都增长了，对第三种数据接入（通过在线因特网，在工作区里的内联网或服务器内的连接）的需要也大大增加, 这增加了对性能的要求,即系统的吞吐量增加了。

　　随着视频服务器不断增加功能，例如光纤通道、故障监控、集群和并行性能集成（镜像和RAID），在OS水平的响应性的程度就进一步增加。人们正在开发可以检验和模仿类似于“恒定计算（constant computing）”这样的模型，它们对工作时间的依赖程度达到任何停机间都无法接受.性能是以每年故障秒数衡量，视频服务器需要达到这个指标。

　　系统硬盘驱动器的性能仍是决定总吞吐量的关键因素.驱动器已经有了许多统计学的改进，每兆字节的价格，每种方式因素的物理储存量和传输带宽，而在最近则是驱动器速度的增加在驱动器选择中起重要的作用,逻辑方面决定驱动器每分钟转速提高能够改善系统性能。

　　驱动器接口也成为影响系统性能的下一个重要因素.由于广播级的视音频信号带宽较大,数据量很大,因此它一般需要SCSI接口的硬盘。SCSI是一种总线型的系统接口,每个SCSI总线上可级联包括SCSI控制卡在内的8个SCSI接口设备。SCSI接口设备的一个很大的技术优势即它们可同时使用一条总线进行数据传输,传输速度较高。而独立的总线使得SCSI设备的CPU占有率很低。

　　因为视频服务器硬盘几乎是24小时不停地运转,承受着巨大的工作量。硬盘的可靠性非常重要。所以现在硬盘都采用了S.M.A.R.T.技术(自监测,分析,报告技术),各厂商也采用各自独到的先进技术来保正数据的安全.无论采用什么样的硬盘技术,都不能根本避免硬件的损坏.为了提高可靠性, 服务器多采用独立磁盘阵列 (RAID) 技术。RAID技术即把多个磁盘按一定的方法组成一个磁盘阵列,通过一些硬件技术和一系列的调度算法,使得整个磁盘阵列对用户来说,是在使用一个容量很大,可靠性和速度非常高的大硬盘.磁盘阵列有许多优点:首先,提高了存储容量。其次,多台磁盘驱动器可并行工作,提高了数据传输率。第三,由于有校验技术, 提高了可靠性:如果阵列中有一台硬盘损坏,可热插拔更换新盘,利用其它盘可以重新恢复出损坏盘上原来的数据,阵列控制器会自动把重组数据写入新盘,或写入热备份盘而将新盘用作新的热备份盘。另外磁盘阵列通常配有冗余设备,如电源和风扇,以保证磁盘阵列的散热和系统的可靠性。

　　由于SCSI连接只能提供40Mbps的数据传输带宽,目前大部分视频服务器采用光纤通道,用FC-SCSI桥接器与硬盘阵列相连。

　　至于存储于视频服务器中的视频信号的质量,主要取决于通道中编码器的质量及编码时所用的取样频率,由于是转换成数字压缩信号储存于硬盘中,采取磁头在硬盘上非接触读写,可多次读取而不会导致图像劣化。

　　为保证视频服务器24小时连续不断的工作,一般需要对重要部件进行冗余配置.如双电源,双系统盘,双控制卡及冗余风扇等,可以在单个部件失效的情况下自动切换到备用设备上,保证系统运行。采用RAID技术可保证硬盘出现问题时在线更换,保证数据的完整性。

　　影响系统性能的还有其它因素，如视频服务器的搜索时间、通道率和缓存等，就构成了系统性能的综合指标。

（转载请注明来源“广电在线”！）

摘自　中国CATV