低成本高标清混合制作系统的构建与应用

2011-05-19 于援东依马狮广电网

【摘要】介绍一种低成本高标清电视混合制作系统的构建及其具体应用；就多格式混编环境下的多元视频采集、交叉变换和编辑特点等问题进行分析和讨论。

【关键词】高标清混合制作?应用域标准与通用图像格式?H.264实时编码

　　在电视由标清向高清过度的阶段，高标清视频混合制作已成为必然趋势。对于原本就处于标清电视低端制作业务的用户（如学校教学应用视频制作和低成本电视节目制作等）来说，构建一个低成本的高标清混合制作系统无疑是梦寐以求的。在低端标清制作中通常采用轻便式DV摄录像机拍摄素材（如DV、DVCam或DVCPro25等格式）；通过I/O接口卡进行视频采集（IEEE1394、USB2.0或模拟Y/C等接口）；最后用PC+纯软件的非编平台完成编辑合成（如Premiere）；视频节目输出包括磁带（DV格式）、光盘（DVD-SD格式）和网络发布（MP4、rmvb等流媒体格式）等方式。同样，用于低端高清业务的制作系统也可以采用相似的策略进行架构，即低端高清摄录像机+高性PC计算机和支持高清编辑的软件（以及较少必要的视频硬件）的方案，以降低系统构建和运行的成本。

　　一．低成本高标清混合制作系统的架构

　　1.摄录像机的选配

　　选用一种能够同时兼顾高清素材和标清素材拍摄的摄录像机一体机，如SONY公司具有较高性价比的业务级便携式HDR-AX2000E摄录像机。

　　该机采用高效的AVCHD（MPEG4AVC/H.264长GOP压缩）编码，有效地降低了高清素材的记录码率，在1920X1080的全高清分辨率时的记录码率为24Mb/s,仅仅是AVCIntra编码(MPEG4AVC/H.264全I帧100Mb/s)的1/4,因而有可能采用价格较P2卡更为低廉的“MemoryStick”记忆棒和“SD/SDHC”存储卡进行记录，从而有效地降低了设备投入和运行的成本。同时该机还提供标清720X576分辨率的DV格式素材记录模式，视频输出提供IEEE1394、USB2.0和HDMI等高标清数字视频接口。该机的全套配置（主机、镜头及其电池和存储卡等附件）仅在5万元以下。

　　2.对后期编辑系统架构的考虑

　　在高、标清电视与IP电视和移动视频节目共存的当今，数字视频面对的是一个多入口(使用多种标准拍摄素材，可对不同视频格式进行混编)和多出口(能以多分辨率、多格式、多码率发布节目)的制作环境，高标清混合制作系统对此应有相应的考虑和应对。

　　(1)视频采集模块

　　系统需要具有多元化的视音频接口，即支持从标清到高清，从数字（视频数据的直接上载）到模拟（视频信号的实时编码）的更尽可能多的视音频接口和采集能力；同时还应具有对高标清视频进行实时交叉转换的能力，以满足混合制作中在不同图幅（16:9与4:3）、扫描制式（帧频率与逐行、隔行）和编码格式之间进行交叉转换的需求。

　　(2)非线性编辑合成模块

　　对编辑平台的基本要求是能够支持对高标清视频记录的素材源格式进行直接编辑，如XDCAM（422HD和HD）、MPEG4\H.264（AVCIntra和AVCHD)和JPEG2000等；同时最好还能够支持业界主流的中间编辑格式（用以完成多层视频的特技合成），如MPEG-2I、NDxHD、ProRed和Redone等标准格式，如此不仅能提高多轨视频制作的质量和编辑效率，又能够与业界主流制作系统实现文件互操作和资源共享，使系统的应用得到最大延伸。

　　（3）视频节目输出模块

　　制作系统应能支持多种高标清视频节目的发布（磁带、光盘或网络方式）和相应的视频压缩编码；同时还需要具有高清视音频的监视监听能力。

　　3.后期制作系统的具体配置

　　对低成本高清制作业务的用户来说Matrox公司的mxo2系列接口箱与AdobePremierePro编辑软件的配套组合是一种可选择的方案。

　　（1）Matrox公司MXO2系列接口箱的基本功能和特点

　　· 该系列设计时考虑了多种高标清视音频的输入、输出接口配置方案；

　　·提供多格式实时采集和交叉变换功能，在素材采集和节目输出时可完成8或10-bit的实时硬件上/下交叉转换；

　　·10-bit的HDMI高清输入、输出功能，可在带有HDMI接口的监视器上实现独特的带校准控制的高清电视画面监视。

　　·高效率高质量的编辑格式，可将高清和标清视频采集为8-bit或10-bit无压缩的AVI格式文件；编码带有alpha通道的32-bitMPEG-2I-帧的AVI文件或将高清和标清视频以50-300Mb/s的比特率采集为高效的MatroxMPEG-2I-帧中间编解码格式，以实现多视频轨的编辑合成。MatroxMXO2系列产品还支持包括ProRes、ProRes422HQ、DVCPROHD和8-bit/10-bit的无压缩等多种主流编辑格式。

　　·兼有纯软件编辑和硬件加速处理的双重技术支撑。AVC/H.264视频编解码的复杂程度分别是MPEG2的10倍和3倍，这种技术复杂性势必要占用大量的CPU资源进行编解码运算，增加纯软件运行时系统资源的负担。因此接口箱采用了由Matrox公司“MAX”硬件加速技术，可支持超实时的高效H.264编码输出，能够在AdobePremierePro、AdobeMediaEncoder和AdobeEncore软件中完成超实时的高清H.264文件创建，提高了节目编辑和输出编码的速度。

　　（2）Matrox公司MXO2接口箱系列提供多种选配方案
Matrox公司为MXO2系列提供了MXO2、MXO2LE和MXO2Mini三种不同层次的接口箱产品，除了上述共有的标准功能之外，在输入、输出接口类型的设计上考虑了不同应用者的需求差异，用户可以根据所构系统的需求、外设类型和成本要求灵活选配，详见表1。

低成本高标清混合制作系统的构建与应用

　　(3)AodobePremiereProCS5编辑软件支持的高标清视频格式
AodobePremiereProCS5编辑平台增加了对多种高标清视频格式后期编辑处理的支持，其输入和输出的视频格式分别见表2和表3。

低成本高标清混合制作系统的构建与应用

　　4.系统的连接方式，详见图1

低成本高标清混合制作系统的构建与应用

　　（1）MXO2接口箱与非编计算机的连接

　　接口箱采用外置式设计，与非编计算机的链接提供了2种链接方式。

　　·与台式非编计算机连接
将系统提供的一块PCI适配卡安装在台式非编计算机主板上的PCIe插槽中，再通过该卡与接口箱上的“HOST”PCIe/Eexpress3/4接口相连接。

　　·与笔记本非编计算机连接

　　将系统提供的EexpressCard3/4适配卡插在非编笔记本的插口上，再通过该卡与接口箱上的“HOST”PCIe/Eexpress3/4接口相连接。

　　（2）与输入或输出视频设备的连接

　　用于输入（视频源）或输出（视频节目）的全部视频外设（录像机、光盘机等）都可以通过接口箱上相应的视音频接口（数字的、模拟的）与其上相对应的接口一一连接。通过接口箱上的RS-422接口还可以遥控与其相连接的同样带RS-422接口的视频设备，并可以帧的精度完成视频素材采集或视频节目向磁带的输出。

　　（3）高清视频监视连接与应用

　　将接口箱上HDMI输出端与带有HDMI输入接口的显示器相连接，使用实时下变换功能就能够在标清监视器上直接监视高清视频图像。通过提供的HDMI监视器校正功能可对色调、色度，亮度、对比度以及纯蓝显示进行精确调整。

　　二.高标清混合制作中的几个问题

　　1．工程（或项目）制作参数的设定

　　工程制作参数的设定十分重要，它们是确保节目发布质量的依据。按照对图像分辨率要求的差异，数字视频被划分为数字电影、数字电视和多媒体视频等不同的应用领域。每个应用域都制定了相应的标准，用以规范图像质量和节目的交换，因此要根据节目应用目标的定位及其应用域标准设定制作工程项目的基本参数（如图像分辨率、扫描方式和电视制式等），详见表4数字视频应用域标准与通用图像格式。

低成本高标清混合制作系统的构建与应用

　　2.视频素材的选用

　　接下来就是要选择符合标准分辨率和压缩质量要求的视频素材，详见表5视频素材参照标准。由于位于表中上面的应用标准要高于下者的标准，在制作中可以向下迁移应用，即满足上者的素材也能够满足下者的需求；而低于应用域标准分辨率的素材，无论怎样上变换都不会改变最初素材的原有质量。

　　视频素材编码的目的是提供符合应用域标准的高画质编辑素材，对其要求是易于编辑并留有多代编解码的质量冗余，视频素材编码宜采用4:2:2方式取样，短GOP结构（如全I帧）和较高码率的编码组合。需要根据节目制作标准，选择该应用域中压缩质量高，资源占用少且通用性好的主流格式的视频素材。高清电视制作首选H.264格式的素材；标清电视制作可仍沿用现有的MPEG-2和DV等传统格式的素材。

　　3.输出节目的视频编码参数设定