-記飛越2000XM實(shí)時(shí)幀精度剪輯的多通道MPEG-2硬盤播出系統(tǒng)

一  硬盤播出系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀
    在短短幾年間，硬盤播出系統(tǒng)就發(fā)展出了多種模式，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能架構(gòu)來分，主要有單機(jī)單通道、網(wǎng)絡(luò)化多機(jī)多通道、視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)化單機(jī)多通道等。以下就這些模式做一些簡(jiǎn)單的分析說明。
    單機(jī)單通道方式是最早的硬盤播出方式，它多數(shù)采用早期的非編硬件，素材采集和播出都在一臺(tái)機(jī)器上。將所有內(nèi)容上載到硬盤，然后通過軟件將素材按順序編好單，就可以用來播出了。這種做法的最大缺點(diǎn)是，素材的上載和播出無法同時(shí)進(jìn)行。而且如果有多個(gè)頻道使用硬盤播出機(jī)播放相同的素材時(shí)，則必須在每臺(tái)機(jī)器上都重復(fù)進(jìn)行上載和編單，操作起來極繁瑣，工作效率低且容易出錯(cuò)。
    為克服單機(jī)單通道模式的缺點(diǎn)，在其基礎(chǔ)上發(fā)展了網(wǎng)絡(luò)化的多機(jī)多通道硬盤播出系統(tǒng)。其上載服務(wù)器和播出端是分開的。所有的素材上載和播出表的編排都是在上載服務(wù)器進(jìn)行。當(dāng)所有素材上載完畢，且播出表也編排好了之后就通過網(wǎng)絡(luò)將視音頻文件和播出表信息傳送到播出端。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的硬盤播出系統(tǒng)都是基于這種架構(gòu)。
    早期的硬盤播出采用的壓縮算法基本上都是M-JPEG，壓縮比低，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸素材花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。為了盡量節(jié)約傳輸時(shí)間，提高工作效率，各廠家采取了以下幾種辦法：
    （1）增量傳輸就是每次傳輸時(shí)都先通過軟件分析播出端的數(shù)據(jù)庫(kù)，只傳輸播出端尚未具備的視音頻文件，而已有的素材則只傳輸和該素材有關(guān)的編排信息。（2）千兆網(wǎng)方式則無須多作說明。（3）共享硬盤陣列則是通過SCSI線（短距離，約2、3m內(nèi)）或光纖網(wǎng)絡(luò)（長(zhǎng)距離）將服務(wù)器和播出端同時(shí)連接到硬盤陣列上。這樣播出端就可以直接從硬盤陣列中調(diào)用視音頻文件進(jìn)行播出而無須傳輸。這樣就可以完全節(jié)約傳輸所需的時(shí)間。但是這樣做的話系統(tǒng)成本比較高（光纖網(wǎng)設(shè)備和帶光纖接口的硬盤陣列都價(jià)值不菲），而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)和硬盤陣列的性能和穩(wěn)定性的要求都非常高。（4）高壓縮比的壓縮算法。近幾年，DV格式由于上/下載時(shí)能做到高速傳輸、而且無需數(shù)/模之間的轉(zhuǎn)換視頻質(zhì)量基本上沒有下降，開始大行其道。但是它對(duì)模擬信號(hào)的壓縮比只是比M-JPEG稍微高一點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間和存儲(chǔ)空間仍然較多。而采用了高壓縮比的MPEG-2 IBP算法后，因?yàn)閴嚎s比是M-JPEG的5倍，因此所需存儲(chǔ)空間和傳輸時(shí)間也降到了原來的1/5。除此之外，相對(duì)于M-JPEG和DV格式的標(biāo)準(zhǔn)混亂（每個(gè)廠家都有自己的格式，且互不兼容），MPEG-2格式雖然編碼方式可以千變?nèi)f化，但其解碼算法卻是全世界都統(tǒng)一的。這些顯著的優(yōu)點(diǎn)使得越來越多的廠家投入開發(fā)基于MPEG-2 IBP格式的硬盤播出系統(tǒng)。但是，和M-JPEG 、DV及MPEG-2 I幀格式的系統(tǒng)相比，MPEG-2 IBP結(jié)構(gòu)無法被實(shí)時(shí)剪輯，每做一次修改哪怕只是將入/出點(diǎn)改變一幀都需要重新生成整條素材。所以M-JPEG 、DV及MPEG-2 I幀格式仍然在硬盤播出領(lǐng)域占有一席之地。
    在功能上，除了上載、傳輸和播出這些基本功能外，各廠商還為系統(tǒng)增加了不少擴(kuò)展功能，比如實(shí)際播出數(shù)據(jù)的反饋、統(tǒng)計(jì)和管理；與MIS系統(tǒng)連接，通過數(shù)據(jù)庫(kù)接口直接從MIS系統(tǒng)獲得播出表數(shù)據(jù)，從而避免了繁瑣的人工輸入操作；還有為了保證播出的安全性而增加的頻道備份功能。如廣州現(xiàn)代的飛越2000系列就具備頻道備份功能且專門為其開發(fā)了飛越3000廣告管理系統(tǒng)。
    以上兩種系統(tǒng)上是國(guó)內(nèi)廠商基于我國(guó)電視臺(tái)的實(shí)際使用習(xí)慣和應(yīng)用特點(diǎn)自行研制開發(fā)的，較為適合我國(guó)電視臺(tái)的使用要求。而視頻服務(wù)器則是由國(guó)外的廠家研發(fā)出來并在國(guó)外的電視臺(tái)廣泛應(yīng)用的。由于技術(shù)及硬件制造工藝方面的原因，目前業(yè)界的主流產(chǎn)品都是外來品牌的。主要有SeaChange的BMC和BMS系列，GVG公司的Profile和MAN系列，Pinnacle公司的MediaStream系列，Sony公司的VSR2000和MAV70以及Vela的RapidAccess等型號(hào)。國(guó)內(nèi)目前只有北京格非視頻的MagiStream、創(chuàng)智的銀鯊BS4000和北大方正的無憂視頻服務(wù)器FVS。
    由于視頻服務(wù)器需要存儲(chǔ)海量的視音頻數(shù)據(jù)，因此為了節(jié)省硬盤空間，所有的視頻服務(wù)器所采用的都是MPEG-2 IBP算法的4:2:2或4:2:0采樣。且由于視頻服務(wù)器的造價(jià)非常高，因此所有的視頻服務(wù)器都能夠進(jìn)行多通道播放。同時(shí)為了保證播出的安全性和穩(wěn)定性，它們都采用了RAID（硬盤冗余陣列）來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的容錯(cuò)及自動(dòng)恢復(fù)。
    從上面我們可以看到，和其它的硬盤播出系統(tǒng)相比視頻服務(wù)器最大的優(yōu)勢(shì)在于單機(jī)實(shí)現(xiàn)多通道播出。而且視頻服務(wù)器所采用的操作系統(tǒng)一般都是封閉式或嵌入式的，并且專門為視音頻應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。因此其性能和穩(wěn)定性都有極大的保障。再加上RAID的應(yīng)用，其安全性也極高。而它的缺點(diǎn)則是價(jià)格太高（一般都是百萬級(jí)的），即使平均攤到每個(gè)通道其價(jià)格仍然要比其它硬盤播出系統(tǒng)高出2到4倍。并且由于大多數(shù)都是進(jìn)口產(chǎn)品，軟件的功能結(jié)構(gòu)和操作習(xí)慣都不是很適合中國(guó)的用戶。而且其軟件和硬件的開放性都很不足，因此要在其基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)比較困難。
    有鑒于此，結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)化多機(jī)多通道和視頻服務(wù)器兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)化單機(jī)多通道模式應(yīng)運(yùn)而生。它基本上延續(xù)了網(wǎng)絡(luò)化多機(jī)多通道模式的工作流程，通過采用多通道的MPEG-2 IBP解碼卡使得播出機(jī)具備了單機(jī)多通道播出的功能。這樣就在低成本的前提下實(shí)現(xiàn)了以往只有視頻服務(wù)器才有的多通道功能，同時(shí)也解決了存儲(chǔ)和傳輸?shù)钠款i問題。
    但是，凡事有利也有弊。MPEG-2 IBP標(biāo)準(zhǔn)采用的是基于幀間壓縮和動(dòng)態(tài)分析技術(shù)的算法，除了I幀能夠被獨(dú)立的解碼之外，B幀和P幀都必須參考相鄰幀的數(shù)據(jù)才能正確地被解碼。因而使得MPEG-2 IBP格式的文件無法被實(shí)時(shí)剪輯和無法進(jìn)行非線性制作。目前已有的基于MPEG-2 IBP結(jié)構(gòu)的硬盤播出都只能在剪輯之后根據(jù)重新設(shè)定得入/出點(diǎn)重新生成一次，然后再用生成的新文件來播出。這樣做的問題在于生成會(huì)消耗比較多的時(shí)間，而且每次修改后哪怕只修改一幀也要生成。而且每次生成都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的文件，會(huì)占用額外的空間。在硬盤播出系統(tǒng)來說一般都和源素材大小基本相同，加上有時(shí)會(huì)剪輯多次，因此占用的空間至少是原來的兩倍以上。也有個(gè)別廠家將生成的處理放到傳輸時(shí)再做，這樣就導(dǎo)致傳輸?shù)臅r(shí)間大大增加，總體操作時(shí)間根本就沒有減少，且剪輯完后也無法實(shí)時(shí)預(yù)覽。可以說，這只是一種作弊的技術(shù)。
    這種現(xiàn)象一直持續(xù)到廣州現(xiàn)代視訊公司的飛越2000XM硬盤播出系統(tǒng)的出現(xiàn)。

二  “飛越2000XM”系統(tǒng)概況
    1．系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
    和其它的多通道硬盤播出系統(tǒng)一樣，該系統(tǒng)也采用了MPEG-2 IBP格式。而和其它系統(tǒng)不同的是，有別于其它系統(tǒng)在剪輯后需要重新生成，廣州現(xiàn)代視訊結(jié)合了多年開發(fā)硬盤播出系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，自主研究出獨(dú)特的數(shù)字視頻處理的軟、硬件技術(shù)，徹底解決了對(duì)MPEG-2 IBP格式進(jìn)行實(shí)時(shí)且達(dá)到幀精度的剪輯的技術(shù)難題。
    在飛越2000XM系統(tǒng)中，用戶可以實(shí)時(shí)采集MPEG-2 IBP格式的文件，采集完后可即時(shí)預(yù)覽該素材。如該素材的入點(diǎn)或/和出點(diǎn)需要調(diào)整，可直接在采集界面對(duì)其進(jìn)行剪輯：首先，可通過播放或是拖動(dòng)進(jìn)度條上的標(biāo)尺來實(shí)施預(yù)覽并粗略定位，然后再通過前一幀/后一幀的單步瀏覽來精確定位，而且每一幀都可以被實(shí)時(shí)預(yù)覽。定好位后就可以重新設(shè)定素材的入/出點(diǎn)了。和現(xiàn)有的系統(tǒng)不同的是，重新設(shè)定得入/出點(diǎn)都是邏輯編輯點(diǎn)，而且無需重新生成就可以馬上根據(jù)這些邏輯編輯點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)覽，在預(yù)覽的過程中也同樣可以進(jìn)行前一幀/后一幀的實(shí)時(shí)單幀預(yù)覽。由于不需要生成，因此無論是工作效率還是存儲(chǔ)空間的占用都比現(xiàn)有的系統(tǒng)有了根本上的改善。
    和之前提到的在傳輸時(shí)生成的做法完全不同的是，飛越2000XM系統(tǒng)對(duì)視音頻文件的傳輸時(shí)間和直接通過網(wǎng)絡(luò)拷貝MPEG-2 IBP格式的文件的時(shí)間相同，完全沒有增加。而且如果傳輸時(shí)再生成的話，就無法在剪輯后立即實(shí)時(shí)地進(jìn)行回放，更加無法進(jìn)行單幀預(yù)覽。
    另外，系統(tǒng)還可以將MPEG-2 I幀格式的視頻文件快速轉(zhuǎn)換成IBP格式。這樣就可以和非編系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，將制作好的文件直接調(diào)入飛越2000XM系統(tǒng)中用于播出。同樣的系統(tǒng)也可以將MPEG-2 IBP結(jié)構(gòu)的PS流和ES流的文件登錄到系統(tǒng)中使用。
    2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用模式
    飛越2000XM的上載服務(wù)器可同時(shí)連接多臺(tái)播出服務(wù)器，每臺(tái)播出服務(wù)器可做到4通道同時(shí)播出。用戶可以在服務(wù)器同