摘要：本文從研發(fā)、應用等角度，詳細闡述了基于A(yíng)VS的高清節目制播系統，包括非線(xiàn)性編輯系統、節目制作網(wǎng)絡(luò )系統、編解碼、傳輸以及解碼設備等。關(guān)鍵詞：高清非線(xiàn)性編輯系統 AVS視頻封裝 高清網(wǎng)絡(luò )化制播 存儲系統隨著(zhù)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息傳播的方式正在發(fā)生質(zhì)的改變，傳媒行業(yè)也面臨著(zhù)深刻變革，“多樣化、網(wǎng)絡(luò )化、數字化、異構化、高清晰化”成為當今傳媒行業(yè)變革和發(fā)展的趨勢和主題。面對新的激烈競爭，廣電的發(fā)展必將呈現統一網(wǎng)絡(luò )一體化運營(yíng)趨勢，基于全新的計算機技術(shù)的全功能應用的新奧特“高清新聞制播共享發(fā)布平臺”應運而生。
高清節目?jì)热葜谱饕呀?jīng)成為了高清數字電視產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中的重要一環(huán)，采用全方位的高清節目制播系統、全流程的文件制播存儲網(wǎng)絡(luò )設計，一定會(huì )極大地推動(dòng)我國高清數字電視制播的發(fā)展。
基于A(yíng)VS的高清新聞制播共享發(fā)布平臺，需要充分利用多路多內核（CPU）技術(shù)、多線(xiàn)程技術(shù)、CPU指令優(yōu)化技術(shù)、內存通信優(yōu)化技術(shù)等的先進(jìn)性和計算優(yōu)勢，實(shí)現高效、實(shí)時(shí)的AVS視頻編解碼器，并實(shí)現與高清非線(xiàn)性編輯系統、高清視頻服務(wù)器系統的整合，從而構建基于A(yíng)VS的高清新聞制播共享發(fā)布平臺。支持節目的收錄、回傳、編輯、包裝、上載、儲存管理、節目直播等功能，同時(shí)支持國內自主知識產(chǎn)權的AVS標準。高清新聞制播共享發(fā)布平臺能夠滿(mǎn)足以下內容制作環(huán)境：電視臺日常新聞節目制作、電視臺新聞類(lèi)專(zhuān)題制作、節目后期合成；節目包裝，例如頻道整體形象設計包裝，片頭、廣告、MTV等制作；節目的前期配音(聲配畫(huà))、后期配音(聲配畫(huà))；節目的審片、打包送播出的應用；演播室節目回錄(硬盤(pán)錄相機)，比如制作節目集錦；數字電視廣播(DVB)節目平臺的內容加工。
基于A(yíng)VS的高清新聞制作共享平臺系統采用高性能、多功能、大系統、全系列的技術(shù)理念進(jìn)行設計，通過(guò)對計算機CPU和GPU的運用，進(jìn)行深入研究和優(yōu)化，以達到優(yōu)等性能。同時(shí)，在設計方面，保證上層相對獨立，多系列產(chǎn)品采用同一上層編輯軟件，在I/O或硬件特技引擎方面可以更加靈活，支持多種硬件板卡，保證了產(chǎn)品的靈活配型和長(cháng)期的發(fā)展戰略需要。這一點(diǎn)與國外主流產(chǎn)品相同，不同于其他國內產(chǎn)品過(guò)度強調功能簡(jiǎn)化小型化的單一走向。
在產(chǎn)品系列化方面，采用通用的PC為平臺，可以靈活地配置系統，可以低成本地升級系統平臺，可以選用大量的第三方插件，可以方便地組構各種網(wǎng)絡(luò )應用系統。從純軟件非編、普及應用級非編到高端綜合應用型非編，配置齊全；同國外產(chǎn)品相比，靈活性更大，順應IT發(fā)展，提升性能所需的成本更低；與國內產(chǎn)品相比，則是從高端到低端產(chǎn)品更為齊全。
（1）視音頻處理引擎為以下組件提供統一的支持平臺：視音頻解碼管理、視音頻同步管理、視音頻混合、多線(xiàn)程預解碼管理、視音頻緩沖區的管理和調度、視音頻編碼支持、視音頻輸入輸出管理、HD的支持（HD/SD軟件變換、硬件變換）、流媒體支持。
（2）特技引擎為以下組件提供統一的支持平臺：特技核心算法的封裝(采取開(kāi)放式的總體架構，支持第三方特技插件)、三維加速渲染引擎(使用GPU)、二維特技渲染模塊(使用CPU)、濾鏡特技、掃換特技。（3）字幕引擎為以下組件提供統一的支持平臺：字效靜態(tài)渲染、各種圖元制作、字幕動(dòng)態(tài)播出特技算法(圖像處理)、非編中各種類(lèi)型字幕素材的接口處理。（4）核心底層 SDK主要為微軟、Matrox、SONY、Panasonic、AVS、DRA提供的基礎SDK進(jìn)行統一的封裝，對上面的應用層和接口層提供基于DirectShow和COM級別的開(kāi)發(fā)包。（5）應用服務(wù)層提供采集管理、錄制管理、編輯、特技管理、字幕應用、設備管理、打包合成、輸入輸出管理、配音管理、審片管理、播出管理、流媒體服務(wù)模塊。（6）上層應用層主要針對不同的應用環(huán)境，提供完整的流程化應用程序，包括：綜合制作系統，例如后期制作、專(zhuān)題制作等；新聞快編系統；前期配音，后期配音；素材上載、采集(手動(dòng)采集、批采集、重采集，單一碼流采集、雙/多碼流采集)；DVD制作出版；審片系統；后臺打包系統；自動(dòng)化集群演播系統。數據結構模塊主要定義了非編系統工程文件的結構，非線(xiàn)性編輯系統的工程序列對象結構如圖2所示。其中，非編工程序列中的視頻軌道對象結構如圖3所示，音頻軌道對象相似；視頻軌道對象中的工程視頻素材對象結構如圖4所示，音頻素材對象相似。視音頻編輯引擎是一個(gè)統一的非編的處理核心引擎，在這個(gè)引擎中，包括了以下組件。實(shí)現COM對象的創(chuàng )建和管理、通用的音頻格式轉換函數、通用的幀間插值和場(chǎng)間插值函數、通用的色彩定義和處理函數、通用的色彩空間變換函數、基于CPU的視音頻特技核心算法。讀取各種封裝格式的視音頻格式，例如AVI、WAV、MXF、MOV、WMV、MGF、自定義的字幕格式等。創(chuàng )建各種封裝格式的視音頻格式，例如AVI、WAV、MXF、MOV、WMV、MGF、自定義的字幕格式等。這個(gè)組件用來(lái)實(shí)現各種壓縮格式的視音頻編解碼器的創(chuàng )建和管理，支持的格式有AVS、DRA、DVCAM411、DVCAM420、DVCPRO25 411、DVCPRO50 422、MPEG-2 I幀、MPEG-2 IBP幀、MPEG-2 D10、MPEG-4等。包括特技插件的實(shí)現、特技實(shí)例的創(chuàng )建和管理、特技渲染流程的實(shí)現，視音頻特技類(lèi)型包括視頻運動(dòng)、視頻濾鏡、視頻掃換、音量控制、音頻濾鏡、音頻掃換等，所有類(lèi)型的特技從實(shí)現模式上分為GPU特技和CPU特技。該系統支持多種不同的硬件板卡引擎，包括IEEE 1394接口、Blackmagic Design Decklink系列板卡、Matrox DSX系列板卡。針對每種輸入輸出設備，都實(shí)現了設備配置、采集控制（輸入）、錄制控制（輸出）。用來(lái)管理非編系統的所有硬件、軟件資源，包括Buffer管理、硬件配置管理、Direct3D設備管理、視音頻Codec的枚舉啟動(dòng)和編碼解碼管理、所有CPU/GPU特技的枚舉啟動(dòng)和渲染流程管理、視音頻處理任務(wù)的管理、視音頻同步的管理。用來(lái)讀取硬盤(pán)介質(zhì)、輸入設備、內存中的視音頻RAW數據，并把這些視音頻數據傳送給其他的處理任務(wù)，如編碼、解碼、特技處理、多層混合等。在該系統中，系統的功能是由多個(gè)FilterGraph來(lái)最終實(shí)現的，包括視音頻合成、素材采集、打包合成、MediaFileReader等功能。圖5給出了應用層、接口層、引擎層、FilterGraph層的關(guān)系。對于每一幀，素材線(xiàn)程將逐個(gè)察看素材讀取任務(wù)，根據其中記錄的素材文件和幀數到素材Cache庫中尋找，如果找到，則拷貝到任務(wù)的surface中，然后設置任務(wù)完成事件。如果未找到，則找到相應的AVFileReader，并且讓它解碼那一幀，解出幀被拷貝到Cache庫中（按標準尺寸裁剪變換后的畫(huà)面），然后拷貝到任務(wù)的surface中，然后設置任務(wù)完成事件。 完成了一幀的素材任務(wù)，就掃描下一幀的素材任務(wù)，直到?jīng)]有素材任務(wù)為止。這已經(jīng)相當于預讀N幀了，但完全是任務(wù)驅動(dòng)的，也利用了Cache庫。對于每一幀，把所有渲染任務(wù)的各級前導任務(wù)（包括素材讀取任務(wù)）的完成事件統一列入一個(gè)數組，由一個(gè)WaitForMultipleObjects等待；任何一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，通過(guò)在數組中的Index和另外一個(gè)同順序的盛放等待任務(wù)指針的數組找到對應的等待任務(wù)，并WaitForMultipleObjects(0)查看該任務(wù)的前導任務(wù)事件表是否都完成了，如果都完成了，即執行該任務(wù)（任務(wù)執行完后，把前導任務(wù)都釋放，并發(fā)出信號表示自己的完成事件）；執行線(xiàn)程持續等待，直到最后的混合任務(wù)完成。然后把混合的畫(huà)面打上時(shí)間戳并拷貝給IO和LiveWindow模塊。如圖6所示。上層應用模塊由幾個(gè)部分組成：主框架窗口；對系統操作命令的封裝，包括對Undo/Redo的管理；特技插件的管理和調度，對神筆A8字幕插件的管理、接口和調度；工程瀏覽器面板對工程所有資源的管理；非編系統與Auto.NET網(wǎng)絡(luò )管理系統的接口；序列播放窗口、片段監視器窗口的管理；采集控制面板、系統工具條面板、故事板輸出控制面板、特技調節面板、調音臺控制面板、快捷鍵定制面板、素材導入面板、配音功能面板、系統設置面板。
GUI模塊提供了統一風(fēng)格的用戶(hù)交互界面的一些基本組件，例如列表框、按鈕、瀏覽器、時(shí)碼線(xiàn)、面板窗口、對話(huà)框、浮動(dòng)窗口。
網(wǎng)絡(luò )交互模塊包括兩部分：網(wǎng)絡(luò )素材登記、網(wǎng)絡(luò )工程文件管理。
字幕插件接口模塊實(shí)現了與神筆A8字幕插件系統的接口，字幕插件是通過(guò)動(dòng)態(tài)加載的方式調用的。所有關(guān)于字幕的接口實(shí)現在字幕插件中?？梢灾苯釉诜蔷幭到y中創(chuàng )建、刪除、修改各種類(lèi)型字幕素材，如靜幀字幕、特技字幕、多層字幕、唱詞字幕、手繪動(dòng)畫(huà)、滾屏字幕、動(dòng)畫(huà)字幕，實(shí)現字幕的就地編輯（在故事板上展開(kāi)的空間直接進(jìn)行編輯）、根據模板替換、字幕素材的簡(jiǎn)單編輯、對字幕文件進(jìn)行HD/SD上下變換等。
新型設備接口模塊主要用來(lái)支持各種新型基于IT技術(shù)的外圍設備。例如SONY的XDCAM、XDCAM HD，PANASONIC的P2、P2 HD設備，包括實(shí)現基于這些設備的超實(shí)時(shí)的素材上載、下載等。
新聞類(lèi)節目是各個(gè)電視臺更新頻率最高的節目，而建設一套高質(zhì)量的高清電視節目制播網(wǎng)絡(luò )平臺，為電視節目的高質(zhì)量、高效率制作提供良好的技術(shù)平臺是電視臺的迫切需求。當前，先進(jìn)電視技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)為“高清時(shí)代”的來(lái)臨鋪平了道路，以“高度清晰”為主要特征的“新視覺(jué)革命”已勢不可擋。2006年1月1日，自CCTV正式通過(guò)亞洲四號衛星向全國啟播一條收費高清電視頻道以來(lái)，中國各個(gè)省市電視臺隨即展開(kāi)了如火如荼的高清制播網(wǎng)建設，目前，80%以上的省臺均開(kāi)始或已經(jīng)完成高清制播網(wǎng)的建設和改造。基于A(yíng)VS標準的全方位高清節目制播系統、全流程的文件制播存儲網(wǎng)絡(luò )設計，對我國高清數字電視產(chǎn)業(yè)、音視頻產(chǎn)業(yè)、視聽(tīng)產(chǎn)業(yè)和文化創(chuàng )意產(chǎn)業(yè)具有重大意義，同時(shí)將極大地推動(dòng)我國高清數字電視制播技術(shù)的發(fā)展。
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