本文作者匡葵先生，北京电视台制作部高级工程师。
关键词：包装 网络化 媒体文件格式 交换
问题的提出
随着电视业迅速发展，电视频道、栏目的数量急剧增加，然而资源有限，竞争将会越来越激烈。因此，电视媒体作为“商家”，要想在激烈的竞争中站稳脚跟、不断发展，就必须做好自己的“产品”--电视节目。不仅如此，还要对其“产品”进行包装，“酒香不怕巷子深”的时代已经一去不返，栏目“存活”的周期越来越短，迫使频道不停地改版。因此，节目包装被作为一种能有效树立整体形象、彰显风格特色、争取和吸引观众的重要形式，应运而生；而用以实现节目包装的技术手段也得到了相应的发展，要求也越来越高。
由于节目包装合成技术相对比较复杂，需要专门的软件和硬件予以支持，因此目前还没有单一系列产品能够满足包装合成中的所有要求，须要采用多种包装制作产品共存的方式以满足实际使用需求。在节目包装制作领域，有许多厂商和其产品线。比较知名的厂商有：Autodesk/Discreet、宽泰(Quantel)、爱维德(Avid)和苹果(Apple)等国外公司，以及国内的大洋、索贝和新奥特等公司。他们针对不同的市场定位、不同的应用需求，都有相应的特色产品；然而，由于采用的计算机平台、图像板卡、编码方式、节目序列和特技方式等不同，各厂商产品间基本上处于互不兼容的状态。如何将这些不同厂商的不同产品线集合在一起，异构成节目包装网络制作系统，是摆在我们面前的一大课题。
多种产品共存会给实际应用带来巨大优势，也会带来不少问题：如何管理日益增长的数据量？如何确保节目包装合成网络中各子系统的连通性？节目包装合成网络中各个子系统之间如何进行有效的数据交换？节目包装合成网络中如何实现节目/素材的统一管理？其中起桥梁作用的、最重要的就是媒体交换中的文件格式。
节目包装网络中媒体文件交换格式
在节目包装网络中，最重要的环节是媒体素材的管理。节目包装的素材包括历吏资料、三维素材、实拍素材、中间版素材等，每个素材的片断都比较短，一般只有几秒，但质量要求较高(通常采用无压缩的存储格式)，这些素材需要长期在线存储以供节目包装各子系统Web浏览并直接调用。
在素材格式的选择上，有几点需要考虑：(1)统一格式，所选择的格式是各包装站点可识别的，而且与资料存储的格式相一致；(2)通用性格式，所选择的格式是各包装子系统都能生成并能被其它子系统直接调用；(3)开放性格式，所选择的格式的编/解码标准应是公开的，比较容易实现与其它格式的转码。
在整个包装网络系统中涉及多种应用系统，它们在线编辑制作的媒体文件会有属于自己的特殊格式。其实，这种媒体文件格式就是这个应用系统的核心技术之一，它可以很好地保证应用系统的高可靠性和稳定性，真正实现实时、高码率地输入/输出视频、音频流，实现各种实时特技。因此，包装网络中各子系统专有的媒体文件是很难直接互相沟通的，于是就会形成数据孤岛。在节目包装网络环境中，视频信号是以文件的形式存在和传输的，而非传统意义上流的方式。如果文件互相不兼容，就会对系统的运行造成极大的麻烦，甚至可能需要多次编/解码，不仅会影响信号的指标，而且会降低效率，所以采用一种统一的文件格式是非常重要的。也就是说，要实现节目包装系统网络化、实现数据共享，就必须找到一个中间媒体文件交换格式。
由于节目包装系统的特殊性，其包含的媒体文件格式繁多，为了保证节目包装的最终效果，视频图像的质量要是最好的，应该满足无压缩RGB或YUV的编辑的要求，存储和交换最好带a通道。这里以PAL标清信号576/50i、高清信号1080/50i为例，说明数字电视的技术标准(符合我国现行标清信号标准和广电总局颁布的高清信号标准)。
有效码率的计算方法
(1)在ITU-R601数字电视标准中，采用8b量化
1.标清720×576/50i/4∶2∶2带α通道(PAL)视频格式，亮度信号的有效码率为：每行的取样点数×有效扫描行数×量化比特数×帧频=720×576×8×25=82.944Mb/s
2个色差信号的有效码率为：2×360×576×8×25=82.944Mb/s
α通道的有效码率为：720×576×8×25=82.944Mb/s
视频格式总的有效码率为：亮度信号有效码率+色差信号有效码率+α通道的有效码率=248.832Mb/s
2.标清720×576/50i/4∶4∶4带α通道(PAL)视频格式，同样，其有效码率为：720×576×8×25×4= 331.776Mb/s
(2)在SMPTE 274M数字电视标准中，采用8b量化
1.高清1920×1080/50i/4∶2∶2带α通道(PAL)视频格式，亮度信号的有效码率为：每行的取样点数×有效扫描行数×量化比特数×帧频=1920×1080×8×25=414.72Mb/s
2个色差信号的有效码率为：2×960×1080×8×15=414.72Mb/s
α通道的有效码率为：1920×1080×8×25=414.72Mb/s
视频格式总的有效码率为：414.72×3=1244.16Mb/s
2.高清1920×1080/50i/4∶4∶4带α通道(PAL)视频格式，同样，其有效码率为：1920×1080×8×25×4= 1658.88Mb/s
从以上计算可以看出，高清电视信号1080/50i(PAL)的有效码率是标清信号576/50i(PAL)的5倍。
由于无压缩的高清和标清信号的码率较高，在存储和交换对网络都会产生很大的压力，因此要选择一种转码效率较高、存储通用性较强、格式开放性较好的文件格式作为节目包装的媒体文件交换的中间格式。
媒体文件格式的分析
目前，媒体文件格式繁多，图像文件有TGA、TIFF、DPX、BMP、JPEG等，连续的音/视频媒体文件格式有MPEG、AVI、GXF、MXF、AAF、MOV等。图像文件格式的序列串是节目包装网络中最原始、也是最有效的，在两个包装子系统之间简单的交换也会用到，但它们会给媒体资料的存储、编目、检索带来较大的困难，显然不适合用作媒体文件中间交换格式。下面将通过对各种连续的音/视频媒体文件格式的分析，寻找一种较为理想的媒体文件中间交换格式。
(1)MPEG文件格式
MPEG(Moving Picture Expert Group)是运动图像压缩算法的国际标准，它采用了有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，从而达到压缩的目的。目前MPEG格式有3个压缩标准：MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4，MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。
MPEG-1和MPEG-4常用于低码流、低质量的视频压缩，MPEG-2是广播级视/音频非编领域常用的压缩标准。MPEG-2分为I帧的帧内压缩、IBP帧的帧间压缩。不同的码率和帧结构的MPEG-2格式相互间是不兼容的，必须进行转码，目前还没有统一的转码机制。一般情况下，都是将压缩数据解压为基带信号，然后压缩为所需要的格式，如此转码会带来图像质量的降低，同时效率也会降低。因此，MPEG-2作为非编制作格式没有问题，但要作为通用包装网络的中间交换格式显然不合适
(2)AVI文件格式
AVI(Audio Video Interleaved)被称为音频视频交错格式，是1992年由微软公司推出的，在AVI文件中，运动图像和音频数据是以交织的方式存储，并独立于硬件设备。这种交替组织音频和视频数据的方式，可使得读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息。构成一个AVI文件的主要参数包括视频参数、音频参数和压缩参数等。AVI文件用的是AVI RIFF形式，AVI RIFF形式由字串“AVI”标识。所有的AVI文件都包括两个必需的LIST块，这些块定义了数据流及其格式；此外，AVI文件可能还包括一个索引块。只要遵循这个标准，任何视频编码方案都可以使用在AVI文件中，这意味着AVI有着非常好的扩充性。这个规范由于是由微软制定，因此微软全系列的软件包括编程工具VB、VC都提供了最直接的支持，从而更加巩固了AVI在PC上的视频霸主地位。由于AVI本身的开放性，获得了众多编码技术研发商的支持，不同的编码使得AVI不断完善，目前市面上低端的非编系统大部分采用AVI文件格式作为编辑格式。这种视频格式的优点是图像质量好，可以跨多个平台使用；其缺点是体积过于庞大，更加糟糕的是压缩标准不统一，兼容性较差，与高端的包装系统之间的交换比较困难，而且由于图像有压缩而不能满足节目包装系统高质量的要求。
(3)GXF文件格式
GXF(General eXchange Format)被称为通用交换格式，是Pro-MPEG组织制定和推广的文件格式，主要用于存储文档的交换，目标是便于用数据磁带存取素材。GXF使用标准文件传输协议，可以实现部分文件检索。它支持端到端传输，文件从一端传到一端时，发送端不必考虑所要传送的文件是什么格式，只要把需要的内容打包成GXF文件发出去即可；接收端收到GXF文件，再把它转换成其内部应用格式。GXF已经得到广泛应用，有大量基于GXF的档案库存储器获得了应用，可以通过IP网络传递素材。GXF文件交换格式仍在发展中。
(3)MXF文件格式
MXF(Material eXchange Format)被称为素材交换格式，是专业MPEG论坛(Pro-MPEG Forum)制定和推广的一个开放的文件格式，目标是实现节目制作系统中不同环节的设备间视/音频节目素材和相关数据及其元数据(Meta-Data)的交换。
MXF是为专业视频与广播应用而设计的，用来载运连续的节目素材和元数据，比较适合于新拍摄的素材和制作完成的节目。这种定位使MXF格式比较简单高效，因为它避免了编辑和创作所需要的复杂性和开销，却又可以实现这两个方面的交互。Pro-MPEG和AAF(Advanced Authoring Format)协会早已开始了这方面的合作，以期达到其格式互相兼容的目的。
(4)AAF文件格式
AAF(Advanced Authoring Format)被称为先进制作格式，是由AAF协会专门制定的标准，是一种用于多媒体创作及后期制作、面向企业界的开放式标准。它允许内容创作者在不同的技术平台与应用服务之间交换数字化媒体和元数据。这种格式具有简化项目管理、节省时间的优点。在以前的媒体传输过程中，很容易丢失重要的元数据，采用AAF格式后就不会再发生这种情况。AAF提供了很多可交换的元数据，使节目段的特技转换调整变得容易，可使多种数据互相关联，能使画面与声音保持同步。AAF可在工作流程中对文件实体与元数据进行组织和交换，在影视后期制作中具有非常重要的作用。
(5)MOV文件格式
MOV(Movie)被称为电影文件格式，是由苹果公司开发的Quick-Time文件格式。Quick-Time电影文件格式现已成为数字媒体领域的工业标准，它定义了存储数字媒体内容的标准方法，使用这种文件格式不仅可以存储单个的媒体内容(如视频帧或音频采样)，而且能保存对该媒体作品的完整描述。QuickTime文件格式被设计用来适应为与数字化媒体一同工作需要存储的各种数据。因为这种文件格式能用来描述几乎所有的媒体结构，所以它是应用程序间(不管运行平台如何)交换数据的理想格式。QuickTime文件格式中媒体描述和媒体数据是分开存储的，媒体描述或元数据叫做电影(Movie),包含轨道数目、视频压缩格式和时间信息，同时它包含媒体数据存储区域的索引；媒体数据是所有的采样数据，如视频帧和音频采样，它可以与QuickTime Movie存储在同一个文件中，也可以存储在一个单独的文件或者在几个文件中。由于Movie文件格式提供了特色功能，并且音/视频流可以是从3G手机的低分辨率电影到高清电视，应用领域十分广泛。由于这种文件格式能用来描述几乎所有的媒体结构，是包装领域各种应用程序之间交换数据的、较为实用的中间文件交换格式，因而得到了目前主流节目包装制作厂商的支持。
为了验证MOV文件格式能否作为异构的包装合成网络各子系统之间数据交换的中间文件格式，我们选择现有的包装合成产品苹果Final Cut Rro、Autodesk PC平台Flint和SGI平台Flame、Avid DS Nitris、宽泰EQ，搭建了一个异构的包装系统并进行了测试，包装网络各子系统统一采用了Quick Time7.0；包装网络各子系统分别生成8b 4∶2∶2无压缩素材。
各子系统之间相互调用对方素材，兼容关系列于附表。
包装网络各子系统兼容关系表
通过这次测试，证明了节目包装网络中各子系统之间的Quick Time无压缩格式(MOV)均相互兼容。
结论
MPEG、AVI文件格式存在有损压缩，对图像质量会造成损失，在要求高质量的包装系统制作主体中一般不宜采用。MXF、GXF文件格式是一种在服务器、数据流磁带机和数字档案之间交换节目素材的文件格式，多应用于广播传输领域。AAF包含全部的EDL文件内容和媒体文件，是一种可用于多媒体创作及后期制作的开放式的标准，得到各个后期包装制作设备厂家、电子设备供应商和一些广播电视机构的大力支持，大家都希望通过AAF建立一个十分方便的数据交换平台，但AAF还在发展之中，目前也不是理想的选择。
通过以上媒体文件格式的分析，笔者认为，目前采用MOV作为节目包装网络系统中各应用系统之间中间文件交换格式是比较现实的；更优秀的AAF文件格式是节目包装系统的希望。可望在不久的将来，可以实现真正意义上的制作和媒体共享网络。
(DVOL本文转自：中国DV传媒 http://www.dvol.cn)
