4K已來,超高清制作帶來的技術挑戰,將如何應對?
2017年12月23日,以“新時代、新征程、新視界”為主題的廣東4K超高清電視試驗播出啟動活動在廣東電視中心舉行。廣東4K電視和4K電影節目創作中心同時成立。
2018年平昌冬季奧運會,KBS作為韓國國家電視臺肩負報道任務, 計劃采用4K技術播報奧運賽事,讓世界更好地認識韓國。
1、4K技術催生媒體行業變革
人類的耳朵有10萬個神經細胞,而眼睛有1.2 億個神經細胞,人類對視覺的感知靈敏度是聲音的1000倍!人們對更真實細膩視頻的需求遠未得到滿足,因此視頻節目的清晰度也隨之與日俱增,從標清的720P,發展到高清的1080P,再到即將普及的4K,這必將成為一種趨勢。4K采用4096×2160的像素分辨率,至少能提供近千萬像素的顯示品質,1080p(HD)能夠顯示的有效像素為2,073,600(1920×1080),4K顯示細膩度為1080p(HD)的4倍以上。在4K分辨率下,觀眾可以看清畫面中的每一個細節,每一個特寫。在超高清4K迅速普及的今天,很多領先的電視廣播媒體,為進一步提升自身競爭力,開始在超高清4K領域布局。
2、業務挑戰
從高清到4K,視頻碼流已經從高清的100Mbps前進到4K的400~2000Mbps,視頻素材的數據量有了爆炸式的增長,分辨率的大幅提升,給4K制作帶來了較大的挑戰。
挑戰一:多層4K編輯的需求
當前很多電視臺正在使用的高清制作系統能力,已經不足以完成如此高碼流的視頻制作,需要進行制作系統的升級改造。
4K時代的來臨,對于當前存儲系統的沖擊非常大,當前的存儲系統在處理4K節目時捉襟見肘。為了迎合向超高清演進的趨勢,我們需要構建可以面向未來的新一代存儲系統。
在制作系統中,包含大量非線性編輯工作站,用于處理采用全新4K技術拍攝的素材以及各種傳統素材。眾所周知,視頻編輯不同于播放。視頻播放是IO的順序讀取,對存儲性能要求較低。而視頻編輯是編輯人員的創作過程,通過非線性編輯軟件,在時間線上靈活的添加特效,片花以及更多層的視頻素材,每添加一層4K素材,意味著對存儲性能的需求也相應提高。
為了滿足編輯的要求,每臺工作站都需要具備處理多層4K視頻的能力。層數越多,4K碼率越高,每臺工作站訪問存儲系統時帶寬也會更高。比如:4層1Gbps碼率的4K編輯,單工作站至少需要500MB/s的穩定帶寬。這就要求存儲系統對單臺工作站的訪問鏈路進行更深層次的優化,從而達到理想的帶寬。并且存儲系統的帶寬性能也要滿足高峰時刻所有工作站滿負載運轉。
挑戰二:高效統一管理,
應對高清向4K的平滑過度
面對4K節目制作任務的日益增多,傳統存儲系統的性能和容量擴展已經遠遠無法跟上業務發展的速度。人物希望通過一套分布式存儲系統,做到高清向4K的平滑過度,為高清和4K應用系統提供統一的運行支撐環境,簡化存儲管理。
挑戰三:低OPEX應對飛速增長的數據量
4K超高清視頻的逐漸普及,數據量的快速增長對存儲系統提出了更高挑戰。如何構建綠色節能、低OPEX的媒資存儲,成為媒資廣電領域客戶最關注的問題。
3、方案概覽
廣電媒資是華為公司極為重視的市場。多年來,華為公司對廣電媒資行業持續大力投入,在眾多電視臺用戶中樹立起專家的口碑。為了應對4K時代的到來,華為推出4K制作存儲解決方案,旨在構建高性能、大容量的All-IP存儲架構,提供高品質4K制作的融合存儲資源池,讓制作人員自在享受流暢、便捷的4K制播體驗,助推廣電領域客戶應對4K時代的到來。華為OceanStor 9000是業界***個支持6層4K超高清視頻編輯的分布式NAS媒體存儲解決方案,支持體育、新聞、影視劇、娛樂節目等各類型4K制作。
4、方案特性
(1)InfoTurbo
OceanStor 9000包含的InfoTurbo技術是為媒體行業量身打造的技術包。其包含的智能緩存預測技術,對主流媒體文件編碼格式進行分析,總結出一系列的讀取業務模型和預測算法,提高了非線性編輯場景下的緩存***率。InfoTurbo還包含了多通道訪問技術,可以將分布式存儲的多節點能力進行聚合,給工作站提供一個特別大的訪問帶寬;以及IO路徑零拷貝設計,基于Key-Value的存儲管理,磁盤讀寫優化等技術,可以提高數據在磁盤中的讀寫速度。
(2)融合資源池實現高效媒資管理
OceanStor 9000采用All-IP、分布式集群架構,系統帶寬可以達到400GB/s,***擴展至288個節點,支持100PB單一文件系統,并且性能隨容量增加而提升,可以根據前端業務動態擴展存儲節點,滿足用戶業務持續發展。9000存儲資源池替代孤島式存儲架構,存儲內部多業務復用,同時滿足高清和4K的制作需求。基于9000的infotier特性實現素材全生命周期管理,變跨島遷移為內部遷移,保障節目制作時間,減少了遷移過程對制作系統性能的影響
(3)低OPEX設計
從高清到4K,數據量至少提升4倍,管理人力、設備能耗、空間也會相應倍增,華為OceanStor 9000存儲推出C72高密節點,使得傳統4U 36盤位的設計密度提升一倍,單42U機柜10個C72,總容量可以達到4.3PB。并且通過ATOM CPU的使用,軟件監控硬件負載,調節風扇轉速等,使得功耗降低30%
5、經典案例
KBS
KBS的ICT建設一直***韓國媒資行業技術方向。華為存儲,以OceanStor 9000領先的性能,幫助KBS實現了向超高清技術的演進,完成了現網設備無法完成的任務。
基于OceanStor 9000對4K編輯的良好支持,KBS率先開啟4K視頻制作,為觀眾帶來了更加豐富的視覺體驗,同時為2018年平昌冬奧會的直播工作打下堅實基礎,進一步提升了其在韓國廣電領域的競爭力。
通過主備兩套存儲系統的方案設計,以及OceanStor 9000的分布式架構,消除了業務和系統的單點故障,確保珍貴的新聞素材不會有任何丟失,***程度保護了電視臺的拍攝投入。
借助OceanStor 9000的彈性擴展架構,KBS***地應對超高清時代數據量的急速提升,通過增加存儲節點,便可輕松應對前端業務的快速擴展,為KBS向4K領域邁進提供了堅實的技術基礎。
“我們正在構建面向4K時代的新一代新聞制作系統,華為公司的OceanStor 9000存儲系統的能力令人印象深刻,完全勝任我們高清和4K新聞編輯的要求,為KBS向超高清時代前進提供了技術保證。”KBS數字新聞中心負責人說。