关键词：文件格式　图像压缩　媒体资产管理 高清节目制作 

　　近几年来，在电台、电视台和设备供应商的良性互动下，我国广播电视数字化进程非常快。如今，电视台已经不满足于台内局部业务系统的数字化，在思考如何把全台业务都纳入数字化系统中，有些大型电视台甚至已经开始这方面的实践。在台内业务系统向数字化过渡的同时，在国家广电“十五”规划的指导下，以及相关政策、标准的出台，广播电视的传输、接收也在向数字化发展。 

基于文件的设备互联 

　　节目制作可谓广播电视领域数字化改造最早、也最有成效的一个部分。在国内，以大洋为首的视频设备公司在1996推出中文界面的非线性编辑系统，随后大洋又率先开发了非线性视频网络，双码率编辑、双网结构等先进理念的引入，使非编系统及网络的造价降低、功能增强，成为实用化节目制作系统。这加快了电视台节目制作系统数字化改造的步伐。 

　　在现有节目制作系统中，设备互联基本上还是采用信号流的方式，如SDI、SDTI、模拟YUV、CVBS等信号。但是，在数字化制作环境，仅采用信号流传输是不够的。原因有二： 

　　(1)数字化之后，元数据的充分使用变得可能，而元数据和视频音频数据是捆绑在一起的，二者须要一起传送。而信号流传输难以做到这一点。 

　　(2)基于计算机平台的视音频处理设备越来越多，它们都是针对数据文件进行处理，以文件传输视音频及元数据可能是设备之间最理想的数据传送方法，它允许把所有相关的数据打包在一起传送，且能在高速网络上以快于实时、而在低成本网络上以慢于实时的速度进行传输，十分灵活。 

　　基于文件传输可以大量使用IT通用设备，使成本及运行费用大大降低。现在包括大洋在内的很多厂商都倾向于以文件传输数据，并积极开发带有这种功能的设备。 

　　为推广文件传输方式，必须制定统一的文件格式，否则设备的互联无从谈起。目前比较有代表性的文件格式有三种，分别是MXF、GXF和AAF。 

　　MXF(Material Exchange Format)可解决节目制作系统中不同环节设备间节目素材交换问题；除了可以使用IP网等IT数据网络传输外，还能使用SDTI作为传输接口，这样就可以充分利用电视台现有的布线，实现从信号流传输方式向文件传输方式的平滑过渡。 

　　GXF(General Exchange Format)设计的出发点是利于数据磁带存储素材(包括它的元数据)。除了没有采用SMPTE推荐的KLV数据打包方式之外，GXF具有和MXF类似的特点。 

　　众所周知，在非线性编辑系统中EDL被频繁使用，大洋的双码率节目编辑技术正是基于EDL。然而，随着制作工具、制作手段的发展，EDL已经难以满足编辑的要求，于是被称作“超级EDL”的AAF(Advanced Authoring Format)应运而生。 

　　AAF文件格式是针对后期制作环境的编辑信息传递，比MXF和GXF包含的内容更多。根据AAF文件的内容，可以追溯到该项目制作历史中的每一个版本，而且在产生(Render)每个新版本时都可以使用原始素材，避免素材多次复制带来的质量下降。 

　　由于包含的内容太多，AAF采用层次式文件结构，这使得AAF文件在传输结束前无法被使用；在AAF的文件中还有文件系统。而MXF和GXF文件的结构是扁平式的，MXF文件甚至可以看作AAF文件元数据的一个子集；MXF与GXF文件更适合于流式处理，不用等到文件传送结束即可开始回放。

　　目前，已有众多的广播电视设备供应商宣称支持上述协议并作测试评估和开发新产品。可望一段时间后，基于文件的设备互联将实用化，素材的上载过程将像拷贝文件那样容易。 

图像压缩 

　　压缩技术对于利用计算机平台处理视音频信号来讲至关重要。目前较有新意的压缩标准有MPEG-4和JPEG2000。 

　　JPEG2000虽然是针对静止图像的压缩，但它使用了很多新技术，如离散小波变换(DWT)、分级量化、位平面算术编码及情景建模(Context Modeling)、过压缩等级定位(Post-compression Rate Allocation)等工具。在支持无损和有损两种压缩模式的基础上，JPEG2000还增加了码流拆分、错误恢复、随机访问等新功能。不过，JPEG2000在广电行业没有引起多少反响，这可能与其压缩效率没有明显提高有关。 

　　与JPEG2000相比，MPEG-4在广电行业的“名气”要大得多。尽管MPEG-4标准推出时间不长，已经在实践中得到大量使用。不过，目前对MPEG-4的应用似乎只局限在它最基本的工具上，有些基本上与MPEG2一样，只是句法上使用了MPEG-4标准，并在量化矩阵的设置上作了一些文章。毕竟全面实施MPEG-4的工具集有相当的难度。 　　MPEG-4保留了MPEG标准向下兼容的特点，MPEG-2的工具集是它的一部分。另外，MPEG-4标准仍然只定义编码器和解码器之间的沟通语言(Syntax)及工具集，编码器可以根据图像的特性选用不同的编码工具，这为编码器的发展提供了空间。 

　　在MPEG-2基本工具集的基础上，MPEG-4加强了对预测编码技术的使用。帧内DCT系数的预测编码作用区域变大，而且AC系数也可以用预测编码，预测的方向还可以根据图像特性确定。在为一个宏块预测运动向量时，参照宏块的选择更灵活，而且每个宏块可以有4个运动向量，这使得预测误差更小。这种工具的增强，使得MPEG-4的压缩效率更高。 

　　MPEG-4采用基于对象的处理方式。它把图像分成几种不同的虚拟对象，包括二维的(视频对象和静止图像对象)和三维的(网格对象和面部身体动画对象)。对两维对象实施纹理编码技术，对三维对象则实施结构编码技术。这就突破了以往压缩方法基于象素的处理方式，对于计算机合成视频有更强的针对性。 

　　由于工具集的增强和扩充，MPEG-4对自然图像的压缩效率确实比MPEG-2要高。但是，MPEG组织并没有打算以MPEG-4代替MPEG-2的意思，而是想让MPEG-4在低码率应用中大显身手，尤其是多媒体通信、交互游戏等领域。　　　 
 
媒体资产管理(MAM)和存档(Archi-ving)在概念上容易混淆，它们是相关的，但绝不相同。实际上，可以认为MAM系统包含存档系统。与存档系统不同，MAM系统一般被设计成一个电视台的工作流程中心，连接素材获取、制作、节目分配和播出等单元，所有这些单元都可以把节目或素材连同元数据存储到MAM系统中，也可以从中调用这些数据。MAM系统是电视台内部业务实现数字化、网络化、无带化的核心，也是电视台实现资源共享的核心。 

　　在着手建立MAM系统时，首先要考虑网络结构和存储结构。网络结构会影响系统性能，如稳定性、容错性及媒体资产的导入和调出速度等。采用何种结构的网络没有定式，可根据性能要求进行选择。存储结构会影响系统造价和系统响应速度，须要根据数据迁移策略来决定在线/近线/离线存储的配置、结构与容量。设计良好的迁移控制软件应该做到： 

　　(1)保证所有媒体资产的元数据存到在线存储器中； 

　　(2)频繁使用、较常用和长时间不用的素材分别存到在线、近线和离线存储器中； 

　　(3)高分辨率、大数据量素材存到离线存储器中，同时在近线或在线存储器上保存低分辨率版本； 

　　(4)根据素材的实际使用情况，自动实现以上处理。 

　　其次，要考虑MAM系统的媒体数据格式和文件格式。支持各种视音频数据格式看起来是必要的，否则转码工作会占用大量时间并可能造成素材质量的下降。应用类型和应用环境决定数据格式，没有必要强求一致，而且技术发展是无止境的。但是，当MXF和AAF大行其道的时候，采用统一的文件格式就会显示出优势。 

　　评价一个MAM系统是否成功，要看它存储管理的内容是否能被便捷地查找。视音频资料具有主题模糊、范围广的特点，因此，如何设计编目和检索方法就显得十分重要。 

　　如何保证MAM系统数据的安全性是评价该系统性能的另一重要方面。存档系统数据的安全性与MAM系统的存储结构有很大关系。另外，数据处理和归档管理的效率也是评价MAM系统的重要方面。 

高清节目制作 

　　高清晰度电视是发展方向，从现在开始，就要为高清节目制作做好准备。 

　　目前，高清节目制作系统既有基于传统编辑方式的，也有采用非编工作站的。由于高清信号的压缩成本高昂、特技处理卡几乎没有，目前用于高清的非编工作站基本采用非压缩数据格式。非压缩视频数据流量达到123MB/s，这对网络和编辑工作站都是沉重的负担。 

　　在标清非线性网络中，双码率编辑技术得到了肯定，可以把这项技术应用到高清非编系统中，因为高清设备昂贵，未来的几年内还难以做到在高清节目制作中全部采用高清设备。但是，也不能生搬硬套地使用双码率编辑技术。比较好的做法是：在采集高清信号的同时，通过下变换产生标清分辨率的图像用于粗编辑，这样就可以使用价格低得多的标清设备，然后根据EDL(甚至AAF)采用高清素材进行打包，从而得到高清成品节目。 

　　从高清信号下变换到标清信号，不但是降低制作成本的途径，也是高清电视和标清电视混播时进行节目交换的必要手段。下变换没有强制性的标准，节目制作时可以根据情况选择合适的方法。常用的下变换方法有： 　　(1)水平裁减法(Horizontal Crop-ping)。这种方法实现起来比较简单，它把高清图像两边裁掉，使剩下的窗口区域为4:3，然后进行缩小，变成标清分辨率。如果要强调艺术表现力，则要水平移动窗口，跟踪画面主体，这就是所谓的摇移扫描(Pan&Scan)。不过，这会导致画面内容损失。 

　　(2)信箱法(Letterbox)。这种方法是把高清图像的水平分辨率降低到和标清一样，而垂直分辨率等比例缩小，这样画面内容不会损失，但是图像的上下各有一条黑边。 

　　(3)变形失真法(Anamorphic Distor-tion)。这种方法把高清图像变形缩小，适配到标清画面中，此时画面内容没有丢失，上下也没有黑边，但是图像中的物体会变形。 

　　(4)14:9法。这种方法结合了信箱和变形失真两种算法。先把高清信号水平压缩，使其变为16:9，然后再施以信箱法。通过这种方法得到的图像略有变形，但可接受，图像上下黑边变窄，垂直分辨率损失也较小。

　　如果产生用于粗编辑的标清素材，其转换算法应该另有侧重。首先，画面不能有损失；其次，要以16:9展现画面内容；最后，分辨率越高越好。可以参考ITU推荐的增强型标清电视制作方式。 

　　在高清节目制作中，除了用到下变换，还会用到上变换。大量的标清素材通过上变换才能应用于高清节目制作。把4:3标清画面拉伸成16:9高清画面显然不可取，一般采用两侧加边的方式进行上变换，两侧的空白边可以添置一些图文内容。 

　　考虑到未来上变换的需求，标清节目制作要兼顾将来的应用环境，不要为了节省成本而刻意选择低质量的制作设备或采用低质量的压缩方式。EBU建议的50Mb/s的帧内压缩值得采纳。 

数字电视广播 

　　数字电视广播是目前最热门的话题，它不仅会带来电视节目播出方式的改变，而且能够带给多个行业潜在的商业机会。节目播出数字化，使得终端接收的节目信号质量大大提高，同时使得开展互动电视(iTV)业务成为可能，节目形式和内容将更加丰富。并且，电视节目中还可以结合电子商务，创造无尽商机。而数字化的节目传输减少了对频道资源的占用，利用广播网络可以开展数据广播业务。 

　　从国内外情况看，在数字电视的推广中，成本是比较突出的一个问题。为了展示数字电视的好处，运营商急于在数字电视广播中开展新的增值业务，而为了匹配这些新业务，设备供应商提供的接收机价格偏高，再加上新业务价格不菲的服务费，使得用户却步。因此，国内数字电视的发展不可*之过急，应该首先推广功能简单、价格低廉的数字接收机，辅以便宜的服务费，让消费者认可数字电视，然后再在有条件的用户中推广增值业务。 

　　节目播出方式数字化后，采用的设备、信号流与传统广播方式大不相同。是在新系统中沿用旧*作概念，还是引入全新的*作概念？这个问题需要仔细研究。比如：如何实现播出系统的节目上载、审片？码率在线调整如何保证质量损失最小？如何满足播出帧精度要求？如何添加台标和时钟信号？如何组织和设置频道资源？要开展数字电视广播，就必须解决这些问题。 

　　数字电视虽好，若没有彰显其优点的节目配合，数字电视就难以出彩。现在国内有些电视台试播的数字电视采用了中间件，借助中间件开发商提供的制作工具，可以编辑一些数字电视节目。然而，中间件只是数据的组织者和解析者，与节目制作有关但不同。而节目制作设备供应商，对视频、音频、图文、信息数据的整合处理有很强的把握能力，应介入数字电视节目制作领域。节目制作系统必须兼顾数字电视的要求，避免不合理的制作流程—先制作数字电视节目的视音频再添加辅助数据，从而提高节目制作的效率。 

　　围绕上述问题，大洋公司已经开展了调研和开发工作。 

　　数字化会给广播电视运营商、设备供应商创造新的商业机会和利润增长点。但是这些机会和增长点只会眷顾认真思考、积极实践者。让我们脚踏实地，迎接广播电视数字时代的到来！(全文完) 

摘自《世界广播电视》