李永葆 中科大洋科技发展股份有限公司研发中心硬件部经理
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。 （待续）
摘自《世界广播电视》
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