非線性、多媒體視頻網絡系統(tǒng)初步

1、非線性、多媒體視頻網絡系統(tǒng)初步    提要 本文著眼解決當前電教工作中電視教材和多媒體制作中視頻素材的共享以及非線性處理，重點探討了利用當前先進的fibre channel網絡技術以及mpeg-2、mpeg-4壓縮技術組成的視頻網絡，以及該組網方式的優(yōu)點。     關鍵詞 非線性視頻網絡、數字壓縮技術、fibre channel技術     隨著多媒體計算機技術和數字壓縮技術迅猛發(fā)展，以及fibre channel(fc)技術走向成熟，近一年多來非線性視頻網絡系統(tǒng)迅速倔起，已成為電視技術數字化進

2、程中新的亮點，顯示出強大的生命力。它的出現(xiàn)改變了電視以及多媒體制作與傳輸的傳統(tǒng)理念和格局，迫使我們不得不更加深入地認識和了解它，以便于重新思考和審視數字化過渡方案。     1、非線性視頻網絡的基本組成及關鍵技術     首先是網絡的速度問題。由于廣播級高品質畫面與聲音帶來的大數據量和高速同步傳輸要求是通用計算機網絡無法滿足的, 必須建立以 fibre channel等關鍵技術為基礎的高速網絡。fibre channel是美國國家標準協(xié)會(ansi)為網絡各通道io接口建立的一個標準集成，支持 hippi、 ipi、 scsi、 ip

3、、 atm等多種協(xié)議，具有高性價比、高可靠性、千兆位級的帶寬、網絡拓樸結構多樣化、兼容多種協(xié)議、組網方式靈活等優(yōu)點。它的最大特性是將網絡和設備的通訊協(xié)議與傳輸物理介質隔離開，這樣多種協(xié)議可在同一個物理連接上同時傳送，高性能存儲體和寬帶網絡使用單一 io接口使得系統(tǒng)的成本和復雜程度大大降低。fibre channel使用全雙工串行通訊原理傳輸數據，傳輸速率高達10625mbs。它的最大數據傳輸速度為100mbs，雙環(huán)可達200mbs。fibre channel不僅僅是高速網絡，而且是高速網絡和高速存儲體接口的結合， fibre channel arbitrated loop( fcal)的拓樸結

4、構使得它更象存儲子系統(tǒng)，它采用光纖作為傳輸介質，通過網絡共享的陣列硬盤系統(tǒng)提供超大容量數據共享，傳輸速率高達16gbs。它可以提供sgi工作站、pc機和 apple機之間的完全的數據共享，使得在通過網絡實時編輯不壓縮視頻成為可能，還可以實現(xiàn)網絡視頻實時無壓縮輸入輸出，徹底解決了網絡速度的瓶頸和數據共享的問題，而且陣列硬盤提供冗余能力并可以集中管理，相對于單機的存儲設備，提高了數據的可靠性和安全性。fibre channe1支持點對點， arbitratedloop，交換等多種拓樸結構，單環(huán)最大站點數為126個，站點間距離可達10km；fcal交換邏輯分配給網上的獨立端口幾乎和一個正常設備端口一

5、樣，可以實現(xiàn)環(huán)上操作，顯然在數據傳輸速度、節(jié)點數、傳輸距離等方面具有明顯的優(yōu)勢。     視頻制播網絡另一個關鍵技術是數字壓縮技術。按照ccir601 4：2：2標準，視頻圖像信號為(135m十675m十675m)×8b216mb s，而我國 pal制標準的電視圖像信號為720×576×24×25248mbs。對于如此龐大的數字視頻數據量來說，要實現(xiàn)無壓縮數字視頻信號的非線性制作，必須使用昂貴的計算機工作站。顯然，以非線性編輯系統(tǒng)站點構造的數字視頻網絡不僅造價高，而且網絡帶寬和存儲體速度等技術難點也難以解決。目前非線性編輯網

6、絡的視頻格式90都是采用 mjpeg算法。這種壓縮算法對活動的視頻圖像通過實行實時幀內編碼過程單獨地壓縮每一幀，可精確到幀的后期編輯。由于算法不太復雜，可以用很小的壓縮比(2：1)進行全幀采集，從而實現(xiàn)廣播級指標所要求的無損壓縮。然而， mjpeg仍存在一些缺點，尤其是 mjpeg壓縮方案不靈活，由于缺少幀間壓縮，其數碼率仍然很高。若按廣播級指標所要求的2：1壓縮，其數碼率仍有108 mbs，其帶寬仍然很難滿足；其次是由于存在著眾多的專用格式，mjpeg不容易分配，為了分配視頻信號，必須將 mjpeg再壓縮成為 mp (ipb)，這使得 mjpeg成為一種難用的壓縮格式。另外，在未來的全數字電

7、視系統(tǒng)中，沒有一種壓縮的數字攝錄系統(tǒng)采用 mjpeg的壓縮算法，無法與采用mjpeg壓縮算法的非線性編輯系統(tǒng)進行直接的兼容。另外依賴于硬件的 m-jpeg壓縮算法無法應用在多媒體課件制作上，因此我們必須尋求其它更靈活的圖像壓縮技術。     隨著數字圖像壓縮技術的發(fā)展， mpeg2壓縮技術不斷完善和成熟，近來更是出現(xiàn)了技術更為先進的mpeg4壓縮技術。這兩種壓縮技術為非編網絡提供了另一種很好的格式選擇。實際上，mpeg2 、mpeg4與 mjpeg具有相同的壓縮概念，都用 dct處理壓縮，以減少分類及打包圖像上的資料，使其整體文件縮小，不同之處在于mpeg2、mp

8、eg4還可同時計算出幀與幀之間的變化及只存儲幀間變化的資料。由于信號源中存在一定的冗余，一幀圖像的數宇化離散信號的大部分瞬間信息可以利用它前后的信息進行預測而獲得，其次是人眼對圖像的反應存在著冗余，并不能反應所有傳來的信息，對于空間頻率高的信息，人眼對它并不敏感。 pal制電視圖像的幀間間隔是40ms，并非所有幀與幀之間的信息都有變化， mpeg2、mpeg4信號壓縮的基本原理就是只傳送幀與幀之間有變化的那部分信息。在一個被壓縮的圖像信號中，包含三種幀信號，一是用 i表示的原幀信號，二是用 p表示的前向預測幀信號，三是用 b表示的雙向預測幀信號。由 i、p和 b組成一個獨立的編輯單元，即圖像組

9、(gop)，具有 gop結構的 mpeg壓縮技術比 mjpeg的文件小，壓縮比更大，可減小存儲硬盤的需求，也可更有效地在網絡中實時傳送素材，實時播出；同時，在節(jié)目制作中，由于引入動態(tài) i幀技術，也可實現(xiàn)精確到單幀的非線性編輯。此外， mpeg2和mpeg4具有足夠的靈活性、擴展性和開放性，未來將取代mjpeg。此外，用mpeg4壓縮的視頻能夠以avi的文件形式存儲，因此能夠支持當前流行的director、 authorware、方正奧思等多媒體制作軟件，極大地方便了多媒體制作的應用。     2、非線性視頻網絡的特點    

10、 隨著電視技術數字化進程和多媒體技術的不斷推進，越來越多的視頻節(jié)目以數字形式進行編輯和存儲，非線性系統(tǒng)也越來越多地應用在節(jié)目的后期制作中，然而，非線性發(fā)展的最終方向是數字視頻網絡，這才是其真正優(yōu)勢之所在。     21資源共享     素材通過上載工作站記錄在視頻資料服務器的硬盤上，以mpeg2及mpeg-4技術進行壓縮，分不同類別以文件名進行存儲管理。網絡中的每個工作站都可利用各種索引對素材進行快速的隨機查詢?？赏瑫r滿足電視教材制作和多媒體教材制作的需要。對于一段常用的制作復雜的素材可供多個用戶同時使用，避免了重復錄人，加快了節(jié)目制

11、作速度，提高了工作效率，同時也避免了再次制作或翻版導致的信號指標下降。如果利用傳統(tǒng)的錄像機和磁帶不可能實現(xiàn)素材的共享查找和調用，在任一時刻，每一盤磁帶上的素材只能供一個編輯使用，其他編輯只能等待。非線性的編輯是一種文件名的編輯而不是素材的翻版，只要不進行生成操作是沒有質量損傷的。傳統(tǒng)的錄像機中視頻信號是己錄在錄像帶上，只能提供對信息的線性存取，因此在編輯時經常為尋找素材而前后卷帶進行搜索，而且一旦不滿意，就需要對素材重新打點，重新記錄下遍。這種記錄和存取方法需較長的編輯時間，另外每次的編輯相對于放像機的素材信號而言，記錄在錄像機上的信號都過一版，帶來信號質量的損傷。   &

12、#160; 22節(jié)省投入     首先，對于非線性單機編輯來說，需給每一臺非編配置一臺錄像機及大容量的硬盤，其利用率很低，錄像機80的時間處在閑置狀態(tài)。同樣，對于相同的素材，每臺非編都要占用硬盤空間，而在網絡中，由于實現(xiàn)資源共享，只需一套非線性編輯系統(tǒng)及一個大容量的、共享的 fiber channel中心存儲體和網絡管理服務器；在工作站端，只需要用普通的pc機，而并不要配置昂貴的非線性視頻卡。由于采用不依賴于硬件回放的mpeg-2以及mpeg-4壓縮技術，在每臺工作站只要安裝相應的視頻編輯軟件或多媒體制作軟件即可實現(xiàn)電教節(jié)目及多媒體課件的制作。     23具有良好的擴展性和兼容性     以計算機多媒體和計算機網絡構成的電視節(jié)目編輯制作系統(tǒng)的一個重要特點是：系統(tǒng)具有極大的靈活性和擴展性。若要改變各工作站的功能、系統(tǒng)的工作流程，乃至整個系統(tǒng)的用途時，都不會花費很多追加投資和造成原始投資的浪費。由于系統(tǒng)采用先進的mpeg-2和mpeg-4壓縮技術，視頻文件可以在現(xiàn)在流行的windows98/95、windows nt等操作系統(tǒng)中方便地使用，并可以很方便的把節(jié)目制作成dvd，具有廣闊的應用空間。在取得版權許可的情況