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1、高清网络制播体系中格式及码率的选择与标清格式的进展过程类似，在高清环境下我们依旧需要解决在格式及其码率方面的一系列 问题。在格式及码率选择方面除了考虑节目生产工艺流程不同阶段对于质量和效率的诉求, 也要考虑高标清过渡阶段的带来的上下变换等新要求。在目前的高清制播网中，常见的一些高清格式有Sony公司的XDCAM HD、松下公司的DVCPRO HD和AVCIntra、AVID公司的DNxHD、Apple公司推出的ProRes 422格式和Thomson公司支 持的JPEG2000格式。下面简要对它们进行介绍。XDCAM是Sony公司供应的无带化视频录制和采集的解决方案，它采纳蓝紫激光技术实现了
2、可进行50GB及23.3GB大容量纪录。XDCAM HD格式采纳MPEG-2 Long-GOP的压缩方式，依 据不同质量分为MPEGHD422和MPEGHD格式。MPEG HD422格式的采样率为4:2:2,能够 供应最高50Mbps数据率纪录力量。MPEG HD格式的采样率为4:2:0,压缩编码方式采纳 MPEG-2 MpHL 标准,码率支持 35Mbps、25Mbps 和 18Mbps。松下公司采纳P2半导体卡作为主要存储介质，支持DVCPRO HD格式，码率为100Mbps。 DVCPRO HD是在DV编码格式的基础上进展起来的，采纳帧内压缩，便于编辑。2007年又推 出了采纳H.264
3、的AVCIntra编码格式，当区分率为1920义1080、采样率为4:2:2、采纳lObit 量化时，码率为100Mbps；当区分率为1440X1080、采样率为4:2:0、采纳lObit量化时， 码率为50Mbps。AVCIntra格式仅进行帧内编码，由于应用了更为简单的H.264压缩算法， 在同等图像质量的条件下，帧内压缩比是MPEG-2的2-3倍。AVID公司在2004年推出了 DNxHD格式，编码方式与JPEG比拟类似，其码流和高清摄像机 的原始码流很接近，每帧是独立。码率支持36Mbps、145Mbps和220Mbps。值得一提的是, DNxHD的编解码算法是公开的。Ikegami公
4、司在2007年推出了用Avid DNxHD编码作为前端 纪录格式的高清摄像机。2007年，伴随着新的非线性编辑软件Final Cut Pro 6的推出，Apple公司特意引入一种ProRes 422的编码格式，特地用于影视后期制作。可以在标准区分率视频文件的容量下，存储无压 缩的高清视频。屡次编解码不会损伤图像质量。采样率为4:2:2, lObit量化，仅对帧内进行 编码，确保各帧质量全都、简单运动图像中无任何压缩痕迹。采纳可变码率(VBR)编码，为 简单帧安排更多数据。ProRes 422 Normal为一般质量的高清格式，目标码速率是145Mbps； ProRes 422 HQ为高质量的高
5、清格式，目标码速率是220Mbps。对于一些特别场景，实际的 码速率比以上目标码率低5%10%。JPEG2000格式，是静态图像压缩标准，因此仅进行帧内压缩。JPEG2000的压缩算法基于小 波变换，作为JPEG升级版，其压缩率比JPEG高约30%左右，而且不会产生原先的基于离散 余弦变换的JPEG标准产生的块状模糊瑕疵。JPEG2000同时支持有损数据压缩和无损数据压 缩。当采纳无损压缩时，反复进行编解码不会对图像质量造成损伤。一制作域格式及码率选择原那么在制作和媒资存储域，对于编解码格式的选择范围较大，同时制约的条件也较多，例如前后 期设施兼容、编辑效率、压缩质量、存储容量等，可以依据节目
6、的工艺特点要求进行匹配, 总的原那么可以在满意质量要求的前提下，应尽可能降低制作码率。1 .前期设施支持文件上载后期编辑的素材来源主要包括信号采集和介质上载，信号采集可以通过收录等手段编码时直 接生成制作格式，而对于通过介质上载方式进入编辑系统的素材，为了避开转码带来的质量 损失和效率下降，最好的方式就是原始格式直接导入，这就要求前期设施支持的格式能够满 意后期编辑的需要，非编软件在格式上与前期设施兼容。对于松下的P2卡，非编进行后期 编辑可以使用DVCpro HD和AVC Intra等原始格式和码率进行编辑。目前，XDCAM HD和 JPEG2000也能够满意这一要求。但是其他的一些格式暂没
7、有前期设施的支持，制约了前后 期系统编码格式的选择。2 .实时性满意基本工艺要求实时性能分采集和编辑性能，对应格式的编解码性能。采集实时性指能够对基带信号进行实 时压缩，编辑实时性指同时多路解码播放和编辑过程中快速的随机定位。双码率采集是对编 码效率的基本要求，两路视音频实时播放是非编对于解码效率的基本要求。选用一种解码效 率较高的压缩格式可以实现更多轨视频的实时预览、编辑和输出，从而削减制作过程中由于 性能缺乏带来的对合成渲染的需要。同时，假如所选格式的编码效率较高，就可以削减系统 中打包服务器配置的数量。采纳当前主流计算机平台，MPEG2-K DVCPROHD能够达至15层实时；DNxHD
8、能够到达2层 实时。220Mbps的Apple ProRes 422 HQ多层无压缩高清回放进行实时编辑，实际的实时层 数取决于高清格式，见图1。AVC intra long GOP的编辑效率还不能满意大规模使用的要求, 其他格式还有待进一步验证。3 .压缩后能够保持较好的画面质量编码格式对于质量的影响表达在首次压缩和屡次编解码两个方面。对于制作系统来说，大量 的节目素材需耍通过信号采集猎取，同时编辑处理过程中由于添加了大量的绝技、字幕，需 要常常进行打包合成的操作，因此除了要求采纳的编码格式具有良好的一次压缩质量之外, 还必需经过屡次编解码之后，画面质量仍能保持较高的水平。通过选取5段不同的
9、素材，对几种主要格式和码率的PSNR （峰值信噪比）进行测试，由图 2中可以很清楚的看出，DVCPro HD的压缩质量相对是最差的，而MPEG-2 I Frame 100Mbps 和120Mbps之间有肯定差异。在120Mbps码率下，MPEG-2 I Frame的质量与DNxHD比拟接 近。DNxHD和MPEG-2 I Frame 120Mbps两种压缩格式进行8次编解码后画面的PSNR测试，从图 3中可以看出，经过屡次编解码后DNxHD的画面质量明显优于MEPG-2 I Frame。4 .编解码格式的开放性和成熟性基于CPU+GPU的结构已经成为技术趋势，编解码格式的优劣主要表达在算法上，
10、假如盼望 获得众多厂商的支持，除了质量、效率之外，就是要具有较好的开放性，而且要有成熟度, 有利于用户的快速产品导入。在当前的几种高清编码格式中，Prores422在Windows平台上的编解码开发工具还需要完备, DNxHD格式的编码工具还有待进一步优化。二播出域格式及码率选择原那么.适应播出系统的工艺要求在播出域由于流程的特别要求，全部播出节目都需要通过编辑和审核，工艺上通常可以不考 虑与前期设施格式的兼容问题。同时，当前主流的高清播出服务器对于前期设施格式的支持 并没有标清格式充分。播出对于平安性的要求高。系统中的视频服务器的解码性能、带宽、通道数量、服务器数量 都是依据肯定比例进行适配
11、的，解码性能、带宽等参数的适应范围较窄，因此，对于播出域 更适合采纳统一的编码格式和固定的码率，通常不适合采纳多格式兼容的配置。1 .主流视频服务器支持通过对主流视频服务器的了解觉察，唯一一种同时被这五大视频服务厂商支持的压缩格式就 是MPEG-2,考虑到MPEG-2也是目前全部高清压缩算法中最为成熟的一种，并且由于其算 法相对简洁，编解码效率也比拟高，我们认为在当前高清播出系统的编码格式可以确定为MPEG-2o.适合播出的压缩质量作为节目生产的最终一个环节，采纳统一的编码格式和固定的码率，进入播出系统备播的文 件，都需要通过转码和上载的方式进行格式和码率的统一，因此，播出域内只对节目进行一
12、次压缩，不存在屡次编解码的过程。从测试数据来看，在首次压缩方面，当前几种格式的压 缩质量相当，其中支持MPEG2的产品众多且格式成熟，可以作为播出格式的主要选择。对 于MPEG-2高清编码来说，有许多参数可以设置，其中采样方式选择4:2:2或4:2:0, GOP的 大小以及码率的凹凸都会对压缩后的画面质量产生明显的影响。由图4可以看出，GOP=12, 4:2:2与4:2:0两条曲线的交点在30Mbps左右，因此我们可以得 出的结论是当高清压缩码率高于30Mbps时，应采纳4:2:2采样方式，而当压缩码率低于 30Mbps时，那么应优先考虑使用4:2:0采样方式。2 .适合播出的压缩码率在满意质
13、量要求的前提下，应尽可能降低播出码率。由于码率直接打算了每小时素材存储所 占用的空间，最终选择的码率越高，存储一小时素材所需要的磁盘空间就越大。码率的凹凸 也打算了播出系统备播时的带宽资源消耗大小，由于播出系统平安性的设计要求，通常需要 保存多份媒体文件，因此，节目的迁移量巨大，并发访问带宽要求很高。播出节目的压缩码率应与制作码率相匹配。从测试数据来看，MPEG-2 IBP GOP=12 422,码 率在50Mbps80Mbps之间时，对应MPEG-2 I帧码率在100Mbps；30Mbps之间的质量。三转码和格式统一由于节目生产工艺过程采编播存的应用不同，同时受技术条件的限制和当前多格式共存
14、的现 状，不同格式之间的转换必不行少，从目前的产品状况看，格式转换主要表达在效率方面, 通过优化算法和提高平台性能还不能在短时间内到达标清转码的速度。而高标清过渡期间，影响转码效率的因素更多。由于高清节目中不同区分率(1280X720、 1440X 1080 1920X1080)素材的使用，对于幅型变化的处理睬影响转码效率，而幅型变 换对于转码质量的影响更大，这就要求系统处理好上变换时的细节补充和下变换时的超采样 两个环节。在中心电视台新址的工艺系统中，节目播出域就对制作域提交的多种节目文件格式进行了统 一的转换。在目前的工艺设计中，播出节目文件采纳的统一高清视频格式为MPEG2-IBP, HPHL, GOP=12, Ref=3, 422或420采样,8bit量化,码率为50Mbps。在格式转换过程中， 一倍速转码是满意节目文件备播业务的最低效率要求。鉴于此，我们期盼在将来的实践过程中，能够借鉴现有标清系统的阅历，采编播存整个节目 生产过程采纳统一的格式和码率，既能够满意前期设施和节目制作对于质量的要求，又能够 满意播出系统对于存储码率和传输的要求，提升电视台整个节目工艺流程的生产效率。