Modernes Fernsehen wird zum Grenzfall für die hybride Cloud

Wer twittert schon gerne mit 8k-Videomaterial

| Autor / Redakteur: Bernd Schöne / Rainer Graefen

4k und erst recht 8k stellen an Server und Speichersysteme hohe Anforderungen. Die Filesysteme Stornext von Quantum und GPFS (Spectrum) wären schon jetzt der Herausforderung gewachsen.
4k und erst recht 8k stellen an Server und Speichersysteme hohe Anforderungen. Die Filesysteme Stornext von Quantum und GPFS (Spectrum) wären schon jetzt der Herausforderung gewachsen. (© full image - Fotolia.com)

Wenn die Welt vom 24. Juli bis zum 9. August 2020 in Tokio die Olympischen Sommerspiele feiert, werden sie in nie geahnter Qualität zuschauen können. Bis dahin will Japan, das neue, höchstaufgelöste Fernsehformat 8k zur Serienreife entwickeln. Bis es soweit ist, wird die IT-Industrie allerdings einen Engpass nach dem anderen entdecken.

8k-Video übertrifft herkömmliche 35-mm-Kinofilme und erreicht die Auflösung legendärer Hollywood Monumentalfilme wie Ben Hur, die in 70-mm-Breitfilm gedreht wurden. Der Preis des scharfen Bildes ist ein Datentsunami ungeahnten Ausmaßes, der die derzeitigen Vorstellungen von Big Data in den Schatten stellen dürfte.

Aufbruchsstimmung

Es tut sich also viel neues beim Fernsehen. Nach einem halben Jahrhundert klassischer Aufzeichnungstechnik trennen sich immer mehr Sendeanstalten von Videoband und Kassette als Archivmedium und setzen auf dateibasierte Lösungen. Der Grund ist leicht ersichtlich. Die Zugriffszeiten rotierender Videomedien sind schlecht und das verwendete Bandmaterial wird, genauso wie die Rekorder, oft nicht mehr produziert. Bislang löste man das Problem durch Umkopieren auf das jeweils neueste Videoformat. Jetzt ersetzen immer mehr Sender das Videoband durch die Tape-Library und setzen auf ein dateibasiertes Archiv mit zentralem Zugriff.

Durch die neue Technik beschleunigt sich der Produktionsbetrieb. Etwa beim Sender Red Bull Media House, der 2007 vom Getränkeproduzenten Red Bull gegründet wurde und heute als „ServusTV“ auf Sendung ist. Schon bald nach der Gründung hemmten die langen Zugriffszeiten den Betrieb.

Um einen einzigen Clip bearbeiten oder senden zu können, vergingen im Durchschnitt sechs Stunden. Durch Umstieg auf ein in mehrere Tiers unterteiltes Speichersystem von Quantum mit dem Filesystem Stornext wurden die Zugriffszeiten auf fünf Minuten gedrückt.

Selbst ein acht Stunden langes Sportereignis wandert binnen 20 Minuten vom Bandarchiv auf den festplattenbasierten Zwischenspeicher, wo es bearbeitet werden kann.

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Broadcaster stellen an solche Filesysteme besondere Anforderungen. Es soll plattformübergreifendes Arbeiten ermöglichen und Zugriffe von Rechnern mit Linux, Windows und Apple OS ermöglichen. Zudem muss es über eine hohe Skalierbarkeit verfügen und mit großen Datenströmen umgehen können.

Bewährungsprobe CERN bestanden

Stornext hat beim Schweizer Forschungszentrum CERN schon unter Beweis gestellt, das es mit großen Datenmengen umgehen kann. Seit 2010 verwendet das Experiment „ALICE“ das Filesystem, um Proton-Proton-Kollisionen zu erfassen. 500 MByte fließen pro Sekunde vom Experiment zum Rechner. Das Filesystem würde auch, das ergaben Tests beim CERN, 4,5 GBit/s verkraften. 2 PByte Daten fallen pro Jahr an.

Der japanische Sender „KTV“ (Kansai Telecasting Corporation) setzt auf das Konkurrenzprodukt von IBM mit dem Filesystem GPRS. Man installierte einen Bandroboter TS4500 mit einer Kapazität von 80 PByte, ausreichend für 300.000 Stunden hochaufgelöstes Videomaterial. Die Bandbibliothek beansprucht nur 10 Quadratmeter Platz.

Raum- und Zeitersparnis standen auch im Vordergrund bei der Entscheidung der ARD. Bis 2011 wurden etwa beim WDR die Bänder aus dem Archiv per Kurierfahrzeug zum Sender gebracht, um dort bearbeitet zu werden. Ein aktueller Zugriff bei plötzlichen Ereignissen war so kaum möglich. Der Dienstleister IVZ (Informations-Verarbeitungs-Zentrum) übernahm die Aufgabe, den WDR und andere ARD-Anstalten auf ein einheitliches, filebasiertes Archivsystem umzurüsten. Grundlage bildet auch hier das Filessystem GPRS (jetzt Spectrum Scale) von IBM.

Pixel-Drama

Bis 2020 sollen 1,5 Millionen Stunden Videomaterial ins Archiv wandern, das dann 60 PByte umfasst und aus Sicherheitsgründen zweimal vorgehalten wird. Das ist viel, aber erst ein sanfter Vorgeschmack auf das, was noch kommt. Denn bislang werden nur „normale“ HD-Fernsehbilder gespeichert. Die Zukunft des Fernsehens ist aber nicht hochaufgelöst, sondern Ultra HD.

Der nächste Sprung heißt kurz „4k“ und bietet eine viermal so große Pixelzahl wie die Auflösung Full-HD. Und auch an „8k“ wird heftig gearbeitet. Mit 7.680x4.320 Pixeln lösen diese Bilder in Höhe und Breite jeweils 4-mal so fein auf wie Full-HD. 8k stellt eine höhere Qualität als ein normaler 35-mm-Kinofilm zur Verfügung. Jedes Einzelbild besteht dann aus 33 Giga-Pixeln, das bei voller Farbinformation von drei Byte einen Speicherbedarf von fast 100 GByte hat.

8k ist noch im Experimentierstatus und soll zu den Olympischen Spielen in Tokio den großen Premierenauftritt haben. 4k ist hingegen bereits im täglichen Leben angekommen. Zahlreiche Amateurkameras stellen Videomaterial in 4k-Qualität zur Verfügung. Sender wie Netflix setzen auf 4k und auch ARD und ZDF planen Sendungen mit dem neuen Format.

Die vorhandenen Archivlösungen werden mit 4k zurechtkommen, wenn die Bandbreite der Netzwerke angepasst wird. Bei 8k sieht sie Sache dramatisch anders aus, lange gab es keine Demonstration eines funktionierenden Workflows. Das hat sich geändert.

Erste Demonstration von 8k

Im Jahr 2015 gelang es IBM erstmals anlässlich der japanischen Fernsehmesse „InterBEE“ den kompletten Arbeitsablauf einer 8k-Produktion zu demonstrieren. Von der Aufnahme mit einer speziellen Kamera über den Transport bis hin zur Bearbeitung der Bilder und dem Erstellen von sendefähigem Material und der „Auslieferung“ an den Sender.

Die Demonstration gelang allerdings nur mit einer Kamera und einem ungewöhnlichen Aufbau. Zunächst wurden die Daten auf schnellen Flash-Speicher geschrieben, danach wurden sie in einem TS1150-Laufwerk auf Band kopiert. Per Bote gelangten sie zum Stand von Grass Valley, wo sie erneut auf schnellen Flash-Speicher kopiert wurden.

Auf diesen griffen die Server mit den Bearbeitungsprogrammen über vier Host Bus Adapter zu, die zusammen eine Bandbreite von 64 GBit/s zur Verfügung stellten. Die Techniker bauten die Verarbeitungsumgebung in Form von Zellen auf, um bei höherem Bedarf weitere Zellen hinzufügen zu können.

Rückgrat jeder Zelle ist aktuell ein 10-Gigabit-LAN. Es verbindet die Bearbeitungsserver über ein File Sharing SAN mit dem Bandspeicher und dem Nearline Storage. Ein besonders leistungsfähiges Flashsystem vom Typ IBM 900 stellt eine Performance von maximal 10 GByte/s zur Verfügung. Damit können in jeder Zelle parallel ein 8k-Video, ein 4k-Video und ein HD-Video bearbeitet werden.

Während aktuell in den Sendeanstalten noch Arrays mit Festplatten als Nearline-Speicher dienen, kommt dies bei 8k nicht in Betracht. Die Techniker setzten ausschließlich schnellen Flash-Speicher ein. IBM spricht von „FLAPE“-Architektur, einer Mischung aus FLash und tAPE.

Fazit: Das Kino-Fernsehen

Erstmals wachsen Kino und Fernsehen zusammen, beide verwenden dieselben, höchstaufgelösten Videokameras und dieselben Videoformate. Unterschiedlich sind die Rahmenbedingungen. Fernsehsender leben von teuren Sportveranstaltungen, die mit 20 und mehr Kameras aufgenommen werden. Kinoproduzenten wollen noch nach Jahrzehnten „ihr“ Material neu auswerten können, etwa für einen „Director‘s Cut“.

Das stellt enorme Herausforderungen an die Bandbreiten und die Speichertechnologie. Beim Kino sind also die „cold Data“ die teuren und wertvollen. Nur mit Bandspeichern können sie die enorme Wartezeit bis zur erneuten Auswertung kosteneffizient überdauern. Beim Fernsehen steht Schnelligkeit im Vordergrund.

In beiden Fällen verlangen Verarbeitungsprogramme auf unterschiedlichen Plattformen parallelen und schnellen Zugriff auf die riesigen Dateien, um die unterschiedlichen Bearbeitungsschritte vornehmen zu können. Vom Schnitt über die Farb- und Kontrastbeeinflussung bis hin zum Entfernen oder Hinzufügen von Bildteilen für Trickaufnahmen.

Die Lösung dürfte aus einer Kombination aus schnellem Flash-Speicher und großer Tape Library bestehen. Verknüpft mit einem leistungsstarken Filesystem, das systemübergreifend operieren kann und zudem eine große Anzahl paralleler Zugriffe ermöglicht, eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet und zudem über eine ausreichende Skalierbarkeit verfügt. Mit Stornext von Quantum und GPFS (jetzt Spectrum Scale) von IBM stehen zwei Kandidaten bereit, sich den Herausforderungen zu stellen.

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