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第22章 视频信息处理技术(4)

素材组合就是通过非线性编辑系统把各段素材有机地组合起来,而各段素材的相互位置可以随时调整,既可以在任何时候插入或删除节目中的一个或多个素材,也可以实现磁带编辑中常用的插入和组合编辑。同时,素材之间可以使用特技衔接,增强了节目的观赏性。

3.节目输出

1)输出到录像带上

这是联机非线性编辑最常用的输出方式,对连接非线性编辑系统的录像机和信号接口的要求与输入时的要求相同。为保证图像质量,应优先考虑使用数字接口,其次是分量接口、SVideo接口和复合接口。

2)输出编辑操作列表EDL(EditDecisionList)

如果对画面质量要求很高,即使以非线性编辑系统的最小压缩比处理仍不能满足要求,可以考虑在非线性编辑系统上进行草编,输出EDL表至DVW或BVW编辑台进行精编。这时需要注意EDL表格式的兼容性,一般非线性编辑系统都可以选择多种EDL表的格式输出。

3)直接用硬盘播出

这种输出方法可减少中间环节,降低视频信号的损失,但必须保证系统的稳定性或准备好备用设备。同时,对系统的锁相环功能也有较高的要求。

5.5.1视频存储功能及其特点

1.视频存储模块应包含的功能

①素材的数字化。

②编目登录归档。

③数据整合及存储管理。

④读取应用。

⑤系统安全及素材版权的管理。

2.多媒体视频存储系统的特点

①容量大。

②数据交换、吞吐量非常大。

③膨胀速度快。

④保存时间长。

⑤要求版权保护。

⑥存储系统管理维护要求智能化、自动化。

目前的存储介质除芯片(半导体存储器)外主要有硬盘、光盘及磁带等,三者各有特色,适用各自不同的领域,但主要围绕着存储容量、响应速度及传输速率这三种指标做文章。在应用于电视行业要求的超大容量、高速度的存储系统中,硬盘用于对查询速度要求高的场合,存放常用的数据;磁带作为主要存储介质,存放日常工作中的大量数据;光盘作为新生的存储媒介,有远大的发展前景,但对电视行业的应用来讲,其技术仍未发展到完全成熟的水平,不宜做大规模的应用,而只能作为磁盘、磁带存储的一种补充。

随着技术的发展,几种记录媒介的性能价格比均不断提高,相互之间的互补关系也在加强。当设计一个存储架构时,依照系统的使用要求,综合考虑如响应速度、访问频率、归档管理、介质维护、存储成本等因素,实时监控调整,在不同的需求层次上选用不同的存储介质,构成一种层次型分级存储介质管理构架,配以相关的动态、智能化管理软件,实现智能化层次型存储管理系统(HierarchicalStorageManagement,HSM)。

5.5.2存储方式的选择

电视台等单位存储的内容以视音频素材为主,在选择存储方式时,应综合考虑过去、现在已经使用和将来要使用的方式,选择高效率、高质量、便于利用的方式存储各种不同类型的数据。

在专业视频应用领域里,不管是压缩还是非压缩的,大部分集中在分量格式领域,这是进行格式选择时要特别注意的。根据具体应用情况,不同阶段选用合适的信号格式,使整个生产流程平滑过渡,尽量减少信号转换造成的损失,以达到最佳质量效果。若信号采用不压缩方式记录存储,信号质量最好,无损失,但存储数据量非常大,仅以1h无压缩数字视频信号D1计算,其数据量就高达100GB以上,对电视台数以万计盘的磁带来说,如此庞大的数据量会使存储成本、管理费用非常高,日常维护费用也会增加。随着压缩技术的成熟,由于压缩所带来的信号损失越来越小,已经达到可使用的程度,选择合适的压缩技术和格式对信号进行压缩后再存储,降低存储成本是必然的选择。

5.5.3数字视频网络及其存储技术

1.基于FC技术构建的视频网络结构

FC光纤通道技术是ANSI为网络和通道I/O接口建立的一个集成标准,支持HIPPI、SCSI、IP、ATM等多种高级协议。它的最大特性是将网络和设备的通信协议与传输物理介质隔离开,这样多种协议可在同一个物理连接上同时传送,高性能存储体和宽带网络使用单一I/O接口使得系统的成本和复杂程度大大降低。FC光纤通道支持多种拓扑结构,主要有点到点(Links)、仲裁环(FCAL)和交换式(Fabrics)网络结构。

FC光纤通道对于视频图像和海量数据的存储及传输极为理想。目前,FC技术已被许多计算机厂家推荐为电视节目制作设备的数据存储连接标准,同时得到了Avid、松下等非线性编辑厂家和硬盘存储生产厂家的广泛响应。就目前而言,主流的基于FC技术构建的视频网络结构有两类:一是基于FC技术和以太网结合构建的双网架构的视频网络结构;二是基于FC技术的存储区域网络(StorageAreaNetwork,SAN)结构的视频网络。

1)基于FC技术和以太网结合构建的双网架构的视频网络

以太网的特点是能共享系统资源、各工作站之间易于传递信息、可实时共享同一数据文件的操作结果等。为保证数据传输的可靠性和减低网络成本,一种选择就是选用高压缩比素材进行编辑,最后用低压缩比素材输出的方式,即构建以FC为主干、千兆以太网为辅助的双网结构的视频网络,如图58所示。上载的素材分为两路,一路以低压缩比(4∶1或更低)高数据率通过FC光纤传输到FC硬盘阵列中,同时另一路以高压缩比(30∶1或更高)低数据率通过以太网传输到以太网服务器硬盘阵列中。编辑时调用高压缩比素材进行编辑,然后形成EDL编辑表,下载时根据EDL编辑表,从FC硬盘阵列中以低压缩比高数据率下载。

2)基于FC技术的存储区域网络SAN结构的视频网络

基于FC技术的存储区域网络SAN结构的视频网络简称FCSAN,如图59所示。这个网络体现的SAN的最大特点是网络中工作站接点与存储器最直接地连接,这样才能达到最快访问速度的目的。每个工作站都独立于中央磁盘阵列工作,装有FC网卡。系统设置一个媒体服务器,对系统进行监控和管理。可以看出该系统采用SAN结构克服了媒体访问方面各种速度瓶颈(服务器及复杂网络协议)。用户在网络上任意一台工作站通过访问共享中央存储体得到素材信息,通过使用光纤网络的高带宽性能,就可以轻易地将共享硬盘当做用户端的本地硬盘来装载所需资料,避免了服务器方式的瓶颈效应。

2.FCSAN网和双网架构各自特点的比较

FCSAN网是一种直接面对存储体的光纤通道网络。它既具有通道的特点,又具有网络的特性。事实上,可以把FCSAN网简单地看做是由多个终端设备通过交换机与中央存储器相连的网络结构。FCSAN网的单通道能够提供100Mbps的速度,双通道则为200Mbps的速度,它所提供的传输带宽从266Mbps~4Gbps不等,支持超过10km的传输距离,完全能够满足视音频的相连和数据的管理。FCSAN网一般采用的“仲裁环(FCAL)”结构能接8个左右的客户端,若采用基于交换机的交换仲裁复用结构,客户端的数量可扩充至16个。

而以太网是一种典型的传统局域网,它最大的特点是共享数据资源,每个工作站之间易于传递信息,成本较低,但目前由于网络协议的限制,对于传输连续高速的多媒体数据流有着先天不足。在以太网与PC网相结合的双网结构中,FC网提供实时的广播级视音频数据访问,以太网提供低质量视频信号的传输并提供数据的管理,两者的结合构成了性价比较高的新闻制作网,成为当前广播电视界应用最为广泛的网络方案。但是这并不代表该网络结构就是最优化的网络架构,它无论从网络整体的稳定性、拓展性、安全性以及可管理性方面都无法与基于FCSAN结构的网络相比。

3.数字网络未来的发展趋势

1)基于FC技术的以SDD为核心的新一代SAN结构网络

SDD(SANDataDirector)是一种新型的集中存储设备,它的核心技术是由SAN公司开发的SANappliance技术,其结构如图510所示。它将交换、缓冲、RAID、I/O、ASIC以及数据和文件的管理集于一身,并可以完成数据和网络的管理,为数据交换提供高带宽、高容错的集中存储访问。SDD内部有两个完全相同的组件,称之为HSTD。每个HSTD有四个100Mbps带宽流量的数据交换端口,称之为HOST。一个SDD拥有两个HSTD的800Mbps带宽。HOST端口可直接与服务器、工作站相连,也可与光通道交换机相连。每个HSTD还有一个60芯的数据总线用于和硬盘阵列相连完成数据交换。SDD具有5GB容量的数据缓冲能力,为整个系统读写公用,从而保证大量数据的持续读写功能。

SDD的主要技术优势有以下几点。

(1)带宽处理能力大幅度提高

SDD内建强大的RAID引擎,它的处理能力远大于磁盘通道和主机通道标称的带宽,使阵列的控制器不会成为瓶颈。单个SDD可提供高达800Mbps的带宽,同时提供广泛的、线性的性能提升。

(2)扩展性好

在SDD网络中,FC交换机都与SDD控制器相连处于并行工作状态且互不影响。当站点增加时,不用交换机级联,只需将新的FC交换机接入SDD即可,不用改动以前的连接。带宽得到线性增长,能构架大型网络。

(3)稳定性、安全性好

网络结构简单,连接点少,出错的概率小,易判断出错点。比较图510与图59,在相同网络规模下,SDD网络结构连接简单,故障点少。在存储硬盘与SDD,FC交换机与SDD之间都采用双链路备份,容错能力强。

(4)SDD的RAID结构

SDD的RAID是在盘塔之间做RAID。这样当一个盘塔发生故障,整个RAID也不会出现问题,大大提高了存储系统的容错能力。同时,SDD是在10个磁盘通道上做RAID,读写一个RAID时,对磁盘的访问是同时并发的,充分利用了系统的多通道、高带宽的性能。另外SDD的RAID结构采用两级RAID,即在RAID3的基础上再将多个RAID组以RAID0方式捆绑。这样做一方面单个盘符容量大大增加,可达几TB,使存储数据得到充分共享;另一方面,带宽集中利用,单个分区的带宽可达360Mbps以上。

2)基于FC技术的以STOREAGE为核心的虚拟存储网络系统

为核心的虚拟存储网络系统

以STOREAGE为核心的虚拟存储网络系统如图511所示,其特性是利用多个硬盘塔和专用的控制器,实现网络存储带宽的扩展。实际上,它和SDD的原理都是增加RAID控制器的带宽,只不过SDD采用了集成在内部的专门控制器,而STOREAGE则利用外部的虚拟存储设备控制器(SVM)将已有的RAID控制器带宽聚合起来。SVM处于系统数据通道之外,不直接参与数据的传输,主机可以直接经过标准的交换机对存储设备进行访问。

SVM只对存储设备进行读/写操作的通道端口配置,然后将配置信息提交所有主机。单个主机在访问存储系统时,数据流不再经过虚拟存储控制器SVM,而直接使所有存储设备并发工作,以增加传输带宽。与SDD相比,它的优势在于:

①SVM只是进行对所有存储设备的配置和将这些配置与管理信息传送给单个主机的工作,主要利用软件来完成该项工作,无须大量和高价的硬件部件,价格较低;

②SVM不占用实际的数据通道,硬件性能不会成为系统带宽的瓶颈;

③存储系统可以对已有的系统升级,即只需要增加硬盘塔和SVM控制器。配置比较灵活,技术开放性好;

④SVM系统保持标准SAN结构,为系统互连和扩展提供了技术保障。

数字视频网络逐渐由以服务器为中心的网络架构向以存储器为中心的网络架构过渡,FCSAN技术的出现使磁盘阵列等存储设备集群通过FC以高传输速率与服务器集群相连,使集群技术的应用成为现实。而且FCSAN技术在大容量、高速度、高可靠性要求的场合有一定的优势,其无缝扩容、集中化管理等诸多优点,给用户的使用提供了极大的灵活性。从数字视频网络的发展来看,有理由认为网络软件较之硬件将在今后起到更大的作用,在大家所使用的硬件和系统拓扑相当或接近时,智能化、高性能、高性价比、高可靠性的实现更多地落到了软件系统的设计上。目前,国外的厂商做得比较好,国内的厂商在这方面较弱。随着计算机以及网络技术的飞速发展,新一代的数字视频网络的发展规模将不断扩大,性能将更加稳定而高效,其应用前景也会越来越广阔。

5.6彩色电视图像制式

彩色电视机的图像显示由红、绿、蓝三基色信号混合而成,三种颜色信号不同的亮度构成了缤纷的彩色画面。而如何处理三基色信号,并实现广播和接收,需要一定的技术标准,这就形成了彩色电视的制式。电视的制式是从拍摄记录节目信号时就开始的,所以,电视台、录像带、录像机、影碟片、影碟机也都是有制式的。简言之,彩色电视机的制式主要是指对三基色信号(或由其组成的亮度信号和色差信号)的加工处理和传输方式而言的,对信号采用不同的处理和传输方式,就构成了不同的制式。

5.6.1彩色电视制式

在彩色电视技术中,彩色是根据光的视觉物理特征来定义的。光特性的综合视觉反应产生亮度、色调和色饱和度,这三个物理量被称为彩色三要素,它们代表了彩色的定义和重现彩色时所必需的总信息。具体含义如下。

亮度:是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉,它与被观察物体的发光强度有关。彩色光的强度降到使人看不到,在亮度标尺上它对应的是黑色;强度变很大时,与白色对应。对于同一物体,照射光越强,反射光也越强,也称为越亮;对于不同物体在相同照射情况下,反射越强看起来越亮。

色调:是当人眼看一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉,它反映颜色的种类,是决定颜色的基本特性。

色饱和度:是指颜色的纯度即掺入白光的程度,或者说颜色的深浅程度,对于同一色调的彩色光,饱和度越深颜色越鲜明或说越纯。