基于MPEG－2的非线性编辑网络系统

【摘要】本文根据邵阳电视台都市频道非线性编辑网络系统的使用情况，详细地介绍了基于MPEG－2的非线性编辑网络系统的技术基础、系统组成、系统流程、系统功能及系统特点，该系统涵盖非线性编辑的各个方面，节目编辑、字幕、配音、数字特技、动画在不同功能的工作站上进行制作，可成倍提高工作效率。

　　随着数字化技术的迅猛发展，非线性编辑系统在广播电视后期制作中已经被大量采用，系统功能也逐步走向成熟和多样化。网络技术的发展更给非线性编辑系统的发展注入了强劲的动力。在网络化的非线性编辑系统的概念中完全打破了以往一台录像机、一个编辑系统的传统结构，而代之以上载工作站、编辑制作工作站和下载工作站的流程，便于操作和管理。节目编辑、字幕、配音、数字特技、动画在不同功能的工作站上进行制作，可成倍提高工作效率。同时，数字时代的发展以其惊人的速度打乱人们更新换代的步伐。正当M－JPEG的压缩格式处在方兴未艾之际，更为先进的压缩格式――MPEG－2的解决方案已开始登场并以其更高的压缩比、更小的存储空间等无可比拟的优势征服了大多数用户。基于MPEG－2的非线性编辑网络系统将提供更佳的编辑制作功能和效果。

1　技术基础

　　在非线性编辑网络系统中，节目素材是以数字压缩方式存储和制作的，视频压缩技术、网络技术是非线性编辑网络系统的技术基础

　　（1）视频压缩技术

　　目前主要有M－JPEG和MPEG－2两种数字视频压缩格式，本系统采用MPEG－2数字视频压缩格式。

　　M－JPEG技术即运动静止图像（或逐帧）压缩技术，广泛应用于非线性编辑领域可精确到帧编辑和多层图像处理，把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧的编辑。但M－JPEG只对帧内的空间冗余进行压缩。不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。另外，由于M－JPEG技术没有统一标准，各厂家的设备之间不能兼容。

　　MPEG－2使用多帧压缩技术，传输码率为4～50Mbps可变。MPEG－2对图像序列中不同的帧采取不同的压缩编码方式，应用运动补偿帧间预测与DCT编码，在帧间压缩中以若干帧图像作为一个图像组进行处理，帧内压缩与帧间压缩相结合的方法，大幅提高压缩率，而且对图像质量影响不大。压缩后传输速率相当于Motion－JPEG的一半就可得到相同质量的节目，节约了大量的存储容量。MPEG－2的压缩和解压缩是一个不对称的技术值，压缩的过程、器件及算法比解压缩要复杂得多，各MPEG－2压缩器件设计厂商的压缩方法和器件可以不一样，但MPEG－2的解压缩是标准的，不同厂家设计的压缩器件压缩的数据可由其他厂家设计解压缩器来解压缩，这一点保证了各厂家的设备之间能完全兼容。MPEG－2已成为数字电视传输的统一标准，未来大量的节目传输、变换和存储都将采用MPEG－2格式。由于MPEG－2格式只有I帧是一个完整的帧，所以在电视需要进行帧精确编辑时会带来一定的困难：基于I帧的MPEG－2系统虽可以保证帧精确编辑，但不能达到节省硬盘的目的。现在，各厂家推出基于MPEG－2 IBP的非线性编辑系统，采用非等长MPEG－2压缩包技术和帧缓存技术，很好地解决了精确到帧的出入点编辑，可实现素材的入点出点精确到帧的设定及零帧精确的MPEG－2无缝连接点编辑（在上一个素材的出点是B帧或P帧，下一个素材也是B帧或P帧的情况下，可以无缝连接），实现MPEG－2素材的实时分切。

　　（2）网络技术

　　在非线性编辑网络系统中，网络实现素材、控制指令在硬盘、上载、视频服务器之间的传输，这实际上是一种实现计算机与存储器之间互连的城域网，它是结合了I／O通道技术、大容量存储器特点的一种新型网络结构。实现城域网主要有FC、以太网和ATM等技术。

　　ATM侧重于恒定带宽和固定时延，主要用于广域网。

　　FC－以太网双网结构的网络在搭建大型网络中具备得天独厚的优势，然而由于FC设备昂贵的价格而得不偿失。

　　由于采用MPEG－2 IBP视频压缩技术，数据量成倍减少，降低了存储成本，提高了数据传输速度，减少了对计算机总线和网络带宽的压力，采用以太网组建非线性编辑网络系统已成为可能，而在目前以太网是最为成熟的网络，系统管理比较完善，价格也比较低廉，故本系统采用以太网。

2　系统组成

　　考虑到邵阳电视台都市频道的实际情况，本系统由三台MPEG－2 IBP有卡工作站、五台无卡网络编辑工作站、一台配音工作站、180GB SCSI容错硬盘阵列、一台网络服务器及一台24端口以太网交换机（Switch）组成

　　三台MPEG－2 IBP有卡工作站分别连接一台录像机，主要完成素材上载和节目编辑工作。它把素材同时上载到本地SCSI硬盘和以太网服务器的共享SCSI容错硬盘阵列中，供有卡工作站和无卡工作站使用。MPEG－2 IBP有卡工作站可实现MPEG－2 I帧和IBP帧的多轨特技编辑、二轨非线性视频层、一轨图文层、一轨背景层、一轨活动视频层、五层共存模式。

　　有卡工作站的系统配置为PⅢ/800双CPU，256MB RAM，20GB硬盘，双17′彩显，Maxtox公司Digisuite DTV卡，36G SCSI硬盘，100Mb/s网卡。

　　无卡网络编辑工作站可以完成除上下载以外大部分有卡站所能进行的编辑工作。网络编辑工作站使用网络服务器SCSI硬盘阵列中的素材进行画面编辑、特技实现和字幕叠加，编辑而成的节目文件可供节目合成软件完成节目的总编合成。

　　无卡网络编辑工作站的配置为PⅢ／800双CPU，256MB RAM，20GB硬盘，17′彩显，专业声卡，100 Mb／s网卡。

　　配音工作站置于独立的配音室，通过以太网与网络服务器连接，完成节目非线性配音，同时兼作非线性编辑。

　　配音工作站的系统配置为PⅢ／800双CPU，256MB RAM，20GB硬盘，双17′彩显，Maxtox公司Digisuite DTV卡，36G SCSI硬盘，100 Mb／s网卡。

　　网络服务器通过以太网交换机（Switch）的一个1000Mb／s端口接入以太网，完成网络管理、终端管理和存储器管理。

　　网络服务器的配置为PⅢ／800双CPU，256MB RAM，20GB硬盘，14′彩显，1000 Mb／s网卡。
　　180GB SCSI容错硬盘阵列采用RAID－3容错控制，可存储50小时MPEG－2视频节目数据。
　　24端口以太网交换机（Switch）的一个1000Mb／s端口与网络服务器相连，其它100Mb／s端口与工作站相连。

3　系统流程及系统功能

　　该系统涵盖非线性编辑的各
个方面，包括素材上载、节目编辑、字幕、配音、串编、节目成片下载。

　　素材上载：使用有卡工作站的快编软件进行素材采集；

　　节目编辑：系统具备音视频非线性编辑、实时A，B轨扫换、二维特技、三维特技、字幕、动画制作、图形制作等功能。

　　字幕：系统具有内嵌字幕机，既可作为独立的字幕系统，又可作为非编的一部分，在非编中可以直接访问。

　　配音：系统装有配音软件，配音由配音工作站完成。

　　串编：当节目编辑完成后，根据编辑要求生成串联单，将不同的节目串编在一起，供节目成片下载使用。

　　成片下载：可以使用有卡工作站进行成片输出。

　　系统除上述功能外，还具有网络权限管理、网络素材库清除与转储管理功能。

4　系统特点

　　本系统具有如下特点：

　　（1）大幅度节省硬盘，相同的容量存储更多的素材

　　传统的M－JPEG编辑方式的弊病之一在于其编辑时需要大容量的硬盘，而MPEG－2的最大优势之一恰恰是硬盘空间的节省，在相同画面质量、相同节目时间，MPEG－2格式可以大大节省硬盘空间。

　　（2）四倍速上下载

　　数字格式录像机的全面使用，MPEG－2 IBP对数字格式的全面兼容，多种数字格式以及多种协议的支持使得节目的高倍速上下载成为可能，且完全避免了反复编码引起的质量损失。

　　（3）彻底解决多格式兼容问题

　　M－JPEG压缩方式的多厂商格式的兼容问题一直是困扰用户的一个障碍，不管是M－JPEG与MPEG－2混用抑或是M－JPEG本身的多种格式的不兼容，都给用户带来不便，重复的编码解码，不仅耽误了时间，同时也会造成信号质量的损失。而MPEG－2编解码格式彻底解决了格式兼容问题。

　　（4）大幅度节省成本

　　系统采用单一以太网络结构，相比FC－以太网双网结构，大大降低了网络成本。

　　MPEG－2采用帧间压缩的方式，只需进行I帧的帧内压缩处理，B帧和P帧通过侦测获得，因此，传输和运算的数据大多由帧之间的时间相关性得到，相对来说，数据量小，可以实现较高的压缩比。随着逐帧编辑问题的解决，应用也会日益广泛，并且由于网络化方案的实施，将会引发数据压缩革命，使所有的数据格式统一于MPEG－2，兼容不同的格式，实现多倍速的上下载，将大大提高工作效率。基于MPEG－2的非编网将成为未来的发展方向。该系统已经在湖南邵阳电视台都市频道运行，实践证明：该系统使用方便、安全、稳定、可靠。使用该系统后，大大提高了节目制作效率和节目质量。现在我们正在着手将本制作网扩充成制播一体网，如有可能我们计划将制播一体网与办公网联成一体，实现全频道一个网。



（湖南邵阳电视台）