硬盘在数字电影存档中的应用探讨

　　从20世纪80年代数字电影诞生至今，电影制作工艺、制作方式、发行及传播方式已经全面数字化了。这样也导致电影素材记录的方式由胶片到磁带、光盘、硬盘等各种介质的转变。早期电影胶片时代，电影档案保存通常把电影素材和电影拷贝分开保存。我们知道，电影胶片的储存对于保存环境的温度和湿度有严格的要求，一本全新醋酸胶片可在温度为18℃，相对湿度为50%的环境中保存大约五十年，而将温度降低时则保存的时间更长，当今数字电影时代，数字技术为电影工作者带来各种便利的同时，也带来了一些潜在的问题。其中最突出的就是数字电影储存介质带来的问题。如何长期保存电影资料，用什么介质和方式保存数字电影资料已成为我们亟待解决的问题。目前有四种主流的数字储存介质，分别是硬盘、数字数据磁带、数字录像带和光盘。本文将对于硬盘介质中磁性硬盘和固态硬盘做深入的比较和讨论，并且对它在数字电影存档中使用的可能性进行探讨。

　　在讨论硬盘在数字电影储存中使用的可能性之前，我们首先从硬盘的历史、分类、结构、性能方面对其进行仔细的探究，从而分析它在数字电影档中存储的探究，从而分析它在数字电影存档中使用的可能性。

　　1.硬盘简介及历史

　　硬盘可分为两种:一种是磁性硬盘(Mag-netic hard drives);一种是固态硬盘(solid state drive).

　　磁性硬盘是主要的存储介质之一，是以使用坚硬的旋转盘片为基础的储存设备。它通过距离磁性表面很近的磁头来记录和检索信息，由电磁流改变极性的方式读写磁盘数据，并采用随机存取的方式，可以以任意顺序读取硬盘中的数据。固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，没有机械部件，由控制单元和存储单元组成，固态硬盘是一种用集成电路存储数据的设备。总体来说，磁性硬盘的价格低、容量大、数据损坏容易恢复、读写寿命等方面比固态硬盘有明显的优势，而固态硬盘功耗低、抗震动、低热量、体积小、工作温度范围等方面比起磁性硬盘有自己的优势。两者各有所长，也各有所短。

　　回顾硬盘的历史，世界上第一块硬盘诞生于1956年，是由IBM(国际商用机器公司)生产的名字为IBM 350 RAMAC的硬盘，它的体积相当于两个冰箱，但存储量却只有5MB，它应该是硬盘的鼻祖了。1973年拥有了两个30MB的存储单元的IBM3340硬盘问世以后，硬盘的基本构架从此被确立。之后硬盘继续向前发展，体积变得越来越大，容量变得越来越大，价格变得越来越低。1970年到1991年，硬盘底片的存储密度以每年25%~30%的速度增长，1991年开始增长到60%~80%，至今，年增长速度已经提高到100%甚至200%.其每位价格也在以每年40%的速度下降，这个趋势有望持续到2025年或2030年。但由于机械架构的存在，硬盘的主轴转速基本没有很大的提升空间，除了FC硬盘或者SAS硬盘，主流的7200转每秒的速度也有很多年没有提高了，所以，固态硬盘就应运而生了。简单地说，它就是存储芯片通过阵列制成的硬盘。世界上第一块固态硬盘出现于1989年，但因为价格昂贵只在有限的领域得到应用，如医疗、企业、军用市场，固态硬盘刚出现时，其性价比远低于磁性硬盘。但随着东芝、三星、英特尔等厂家的大力推广，其性能有了飞速的提高。现在，我们已经可以在市面上看到各种品牌的固态硬盘了，其价格虽远高于磁性硬盘，但其性价比有了很大的提高。

　　2.硬盘的结构和性能比较

　　磁性硬盘的物理结构包括磁头、磁道、扇区、柱面。磁头是硬性磁盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最关键的一个环节。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是硬盘的读写操作确是截然的电磁感应式磁头，但是硬盘的读写操作却是截然不同的两个过程。传统磁头的读写方式造成硬盘设计的局限。而MR磁头采用分离式磁头结构，将读写操作分开，就可以针对使用者的需求，对磁盘的读写进行不同程度的优化，以得到最好的读写性能。当磁头以固定半径旋转时，就会在磁盘表面划出圆形的轨迹，这些轨迹就称为磁道。磁盘的上的信息就是沿着这样的轨道存放的。而磁盘上的每个磁道又被分成若干个弧，每个弧段就称为扇区，每个扇区512字节，磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。而磁盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘“0”开始编号，具有相同编号的磁道就形成了一个圆柱，被称为磁盘的柱面，其中柱面数与磁道数是相等的。因此只要知道硬盘的柱面数、磁头数和扇区数，就能确定它的容量，即硬盘容量=柱面数*磁头数*扇区数*512B.

　　而固态硬盘没有机械结构，它一般包含10到60或者70个闪存芯片组。主要由四部分组成：主机接口逻辑、主控制器、随机存储器和闪存阵列。其中核心部分为主机控制器和闪存阵列。主控制器相当于固态硬盘的大脑，它与闪存芯片和存储器相连，接收系统发出的指令来读取和写入数据，合理调配各个闪存芯片的负荷。不同的主控制器在数据处理、算法和读写控制上，有非常大的差别。闪存阵列是固态硬盘的最主要部分，它负责数据的读取，允许并行访问，也允许交叉存取。

　　由于磁性硬盘与固态硬盘物理结构上的差异，导致它们的性能方面也有很大的差异。

　　2.1存取速度

　　由于固态没有像磁性硬盘一样复杂的机械结构，采用闪存作为存储介质，启动时无需电机加速旋转的过程，寻道时间几乎为0，因此系统能够对任意位置的存储单元快速完成I/O操作。

　　2.2抗震性能

　　固态硬盘内部不存在任何机械活动部件，不怕碰撞和冲击。即使在高速移动的情况下，也不会影响正常使用。这样就降低了发生意外掉落或者受到碰撞而引起数据丢失的可能性。

　　2.3工作温度范围

　　磁性硬盘只能在5℃到55℃的范围内工作，而大多数固态硬盘可在-10℃到70℃，一些工业级别的固态硬盘甚至可以在-40℃到85℃的范围内工作。

　　2.4存储容量

　　与传统的磁性硬盘相比，固态硬盘的最大容量远低于传统硬盘。目前最大容量的磁性硬盘可以做到4TB，而固态硬盘只能达到1TB，并且价格也远高于磁性硬盘。

　　2.5数据安全

　　传统的磁性硬盘或者磁带存储，如果硬件发生损坏，可以通过一定的数据恢复技术挽救部分数据。但如果是固态硬盘发生了损坏，目前的数据恢复技术几乎无法找回丢失的数据。所以，目前的资料保存都是基于磁性硬盘的。固态硬盘的资料保存系统并不多见。

　　2.6使用寿命

　　固态硬盘只有十万次的读写寿命，低廉的固态硬盘甚至仅有1万次，比起传统硬盘无优势。

　　3.硬盘在电影存档中应用的可行性

　　说到数字电影存档，我们会关心如下几个问题：存档的内容到底包括哪些?以什么样的方式存储?选用什么介质存储?在数字电影制作中，未经过压缩的数字源母版数据量是很大的，理论上，一部2小时分辨率为2K、帧率为24帧每秒的数字电影的容量为1.56TB;最后经过图像压缩编码打包之后，也有50G到100G左右。如果要存储电影制作过程中的完整素材，比如电源经修改和调整的各种版本，辅助素材和花絮等等，那素材量就更大了。在介质方面，现阶段，我国数字母版送审以及电影资料馆收缴存储介质暂定为HD-D5或者HD-SR高清录像带。所以，要长期存储多部电影素材，就需要考虑存储介质的问题。选择存储介质时需要考虑到以下几个方面。

　　成本：评估存储介质的成本涉及两方面——介质本身的成本和所有与介质相关的成本。介质本身的成本主要考虑它的每MB或GB的价格。所有与介质相关的成本包括采购和维护必需的软硬件成本，以及相关设备的成本。

　　容量：存储介质提供的存储空间大小应与被存储的数据量相适应。数据量大的素材宜选用存储容量大的存储介质;相反，小的容量宜选用小容量的存储介质。尽量节省存储介质的空间，使资源得到有效的存储。

　　技术支持：存储介质及软硬件应该选用已经成熟的技术，这种技术应该在市场上广泛的应用，并且有众多的厂商支持，这样就可以非常容易地从市场获取。存储和驱动技术最好应该基于开放的标准。

　　安全性能：对于读写数据，存储介质和驱动器应当支持自动的错误检测方法，并且可以检测写入数据的完整性。当数据丢失或损坏时，应具备一定的数据恢复能力。应有一个安全性较高的保护机制，从而维护数据的完整性。

　　使用寿命：存储介质至少应具有10年的使用寿命。然而更长的寿命也未必有绝对的优势，因为驱动技术的过时通常快于存储介质的物理退化。

　　磁化：存储介质应当有强的抗物理破坏性，以及在无数据丧失的情况下保持较大范围的环境条件的适应能力。

　　下面，我们针对上述考虑因素来讨论磁性硬盘和固态硬盘在数字电影存储方面应用的可能性。

　　磁性硬盘在过去的25年中有了很大的发展，它也成为高速在线存储的首选介的存储介质。过去应用于个人电脑的硬盘，容量5MB就需花费9000元人民币，现在1TB的硬盘也就只需500元人民币。加之上文提到磁性硬盘每位价格一直在下降，从这个方面考虑的话，磁性硬盘是符合上面要求的。反之，固态硬盘的成本一直高居不下，每位容量价格是传统硬盘的5到10倍，甚至200到300倍。在技术支持方面，磁性硬盘的技术已经非常成熟，市场也有很多的制造商支持，如西部数据、三星、希捷、日立、东芝等。并且在数据读写方面和数据保护技术方面也有了加大的发展，具体表现在传输率、单片存储容量和监测预告技术方面。而固态硬盘虽在数据读写方面有较大的优势，但在数据安全保护方面还不够成熟，因此，固态硬盘只应用于数字电影现场拍摄过程中临时存储数据文件和拷贝数据文件，做存储卡使用，方便快捷。而要获得更稳定的存储系统，还是选用磁盘阵列方式来存储数字电影。在使用寿命方面，磁性硬盘一般的使用寿命为3到5年，并且每隔一段时间必须开机运行，而且得做好数据迁移。而对于数据迁移来说，投入的人力和财力成本以及维护更新费用也是很高的。所以还要考虑采购和维护必需的软硬件成本，以及相关设备的成本。

　　4.结束语

　　综上所述，硬盘在将来一定时间内还将有广泛的应用，在数字电影存档中也有自己的一席之地。在当今数字化电影时代下，我们应该清楚地认识到，电影数字存档是一个永恒的话题，而且当前形势越严峻，要求整个电影行业都应该予以关注。要从各方面考虑，如存储介质、保存时间、数据安全、数据维护等。在制定行业标准的基础上，也要统一存储厂商的支持标准，保证我国影片数字生产、存储得到健康的发展和良好的运作。