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[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FibreChannel網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及MPEG-2、MPEG-4壓縮技術(shù)組成的視頻網(wǎng)絡(luò)，以及該組網(wǎng)方式的優(yōu)點。

[關(guān)鍵詞]非線性視頻網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字壓縮技術(shù)、FibreChannel技術(shù)

隨著多媒體計算機技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)迅猛發(fā)展，以及FibreChannel(FC)技術(shù)走向成熟，近一年多來非線性視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)迅速倔起，已成為電視技術(shù)數(shù)字化進程中新的亮點，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?shù)膫鹘y(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(shù)字化過渡方案。

1、非線性視頻網(wǎng)絡(luò)的基本組成及關(guān)鍵技術(shù)

首先是網(wǎng)絡(luò)的速度問題。由于廣播級高品質(zhì)畫面與聲音帶來的大數(shù)據(jù)量和高速同步傳輸要求是通用計算機網(wǎng)絡(luò)無法滿足的,必須建立以FibreChannel等關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)的高速網(wǎng)絡(luò)。FibreChannel是美國國家標準協(xié)會(ANSI)為網(wǎng)絡(luò)各通道I／O接口建立的一個標準集成，支持HIPPI、IPI、SCSI、IP、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(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)多樣化、兼容多種協(xié)議、組網(wǎng)方式靈活等優(yōu)點。它的最大特性是將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通訊協(xié)議與傳輸物理介質(zhì)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(wǎng)絡(luò)使用單一I／O接口使得系統(tǒng)的成本和復雜程度大大降低。FibreChannel使用全雙工串行通訊原理傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速率高達1062．5Mb／s。它的最大數(shù)據(jù)傳輸速度為100Mb／S，雙環(huán)可達200Mb／s。FibreChannel不僅僅是高速網(wǎng)絡(luò)，而且是高速網(wǎng)絡(luò)和高速存儲體接口的結(jié)合，F(xiàn)ibreChannelArbitratedLoop(FC—AL)的拓樸結(jié)構(gòu)使得它更象存儲子系統(tǒng)，它采用光纖作為傳輸介質(zhì)，通過網(wǎng)絡(luò)共享的陣列硬盤系統(tǒng)提供超大容量數(shù)據(jù)共享，傳輸速率高達1．6Gb／s。它可以提供SGI工作站、PC機和APPLE機之間的完全的數(shù)據(jù)共享，使得在通過網(wǎng)絡(luò)實時編輯不壓縮視頻成為可能，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻實時無壓縮輸入／輸出，徹底解決了網(wǎng)絡(luò)速度的瓶頸和數(shù)據(jù)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(shè)備，提高了數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。FibreChanne1支持點對點，ArbitratedLoop，交換等多種拓樸結(jié)構(gòu)，單環(huán)最大站點數(shù)為126個，站點間距離可達10km；FC—AL交換邏輯分配給網(wǎng)上的獨立端口幾乎和一個正常設(shè)備端口一樣，可以實現(xiàn)環(huán)上操作，顯然在數(shù)據(jù)傳輸速度、節(jié)點數(shù)、傳輸距離等方面具有明顯的優(yōu)勢。

視頻制播網(wǎng)絡(luò)另一個關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)字壓縮技術(shù)。按照CCIR6014：2：2標準，視頻圖像信號為(13．5M十6．75M十6．75M)×8b＝216Mb／s，而我國PAL制標準的電視圖像信號為720×576×24×25＝248Mb／S。對于如此龐大的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量來說，要實現(xiàn)無壓縮數(shù)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(gòu)造的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)不僅造價高，而且網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲體速度等技術(shù)難點也難以解決。目前非線性編輯網(wǎng)絡(luò)的視頻格式90％都是采用M—JPEG算法。這種壓縮算法對活動的視頻圖像通過實行實時幀內(nèi)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，M—JPEG仍存在一些缺點，尤其是M—JPEG壓縮方案不靈活，由于缺少幀間壓縮，其數(shù)碼率仍然很高。若按廣播級指標所要求的2：1壓縮，其數(shù)碼率仍有108Mb／s，其帶寬仍然很難滿足；其次是由于存在著眾多的專用格式，M—JPEG不容易分配，為了分配視頻信號，必須將M—JPEG再壓縮成為MP(IPB)，這使得M—JPEG成為一種難用的壓縮格式。另外，在未來的全數(shù)字電視系統(tǒng)中，沒有一種壓縮的數(shù)字攝錄系統(tǒng)采用M—JPEG的壓縮算法，無法與采用M—JPEG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(shù)。

隨著數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展，MPEG—2壓縮技術(shù)不斷完善和成熟，近來更是出現(xiàn)了技術(shù)更為先進的MPEG—4壓縮技術(shù)。這兩種壓縮技術(shù)為非編網(wǎng)絡(luò)提供了另一種很好的格式選擇。實際上，MPEG—2、MPEG—4與M—JPEG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MPEG—2、MPEG—4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(shù)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，MPEG—2、MPEG—4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(GOP)，具有GOP結(jié)構(gòu)的MPEG壓縮技術(shù)比M—JPEG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(wǎng)絡(luò)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(shù)，也可實現(xiàn)精確到單幀的非線性編輯。此外，MPEG—2和MPEG—4具有足夠的靈活性、擴展性和開放性，未來將取代M—JPEG。此外，用MPEG—4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(wǎng)絡(luò)的特點

隨著電視技術(shù)數(shù)字化進程和多媒體技術(shù)的不斷推進，越來越多的視頻節(jié)目以數(shù)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(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)，這才是其真正優(yōu)勢之所在。

2．1資源共享

素材通過上載工作站記錄在視頻資料服務(wù)器的硬盤上，以MPEG—2及MPEG-4技術(shù)進行壓縮，分不同類別以文件名進行存儲管理。網(wǎng)絡(luò)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(diào)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(zhì)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(jīng)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(zhì)量的損傷。

2．2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(wǎng)絡(luò)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FiberChannel中心存儲體和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)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(shù)，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。

2．3具有良好的擴展性和兼容性

以計算機多媒體和計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(shù)，視頻文件可以在現(xiàn)在流行的Windows98/95、WindowsNT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(quán)許可的情況下，該系統(tǒng)還可以導入現(xiàn)有的DVD節(jié)目作為素材，進而為教材的制作提供了極大的靈活性。

盡管非線性視頻網(wǎng)絡(luò)由于受自身的不夠完善及客觀條件的制約，短時間內(nèi)不可能實現(xiàn)大規(guī)模的非線性多媒體一體網(wǎng)絡(luò)。但根據(jù)上述分析，不難看出：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和人員素質(zhì)的不斷提高，它的應用必將越來越廣泛，這顆催燦的明珠一定會放射出更加奪目的光彩。