书城教材教辅新传媒技术概论
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第36章 传媒节目的数字传输与播出(3)

2.接收门限电平低、传输距离远

若误码将一个有效的不等长码字改变为一个非法的码字,与比特流的同步将丢失,解码器能立即发现误码并采取适当的措施。

(2)误差沿空间的传播

误差沿空间的传播有以下几种可能的形式:

解码器与不等长码字的同步丢失,误码之后的DCT 系数和运动矢量容易出现解码错误。

误码影响到一个帧内编码宏块的直流分量。直流分量采用DPCM 编码方式,所以直流系数中的误码将导致该条中所有后续直流系数的错误解码。

误码影响到一个P 图像或B 图像的一个运动矢量。运动矢量采用与前一个编码宏块中运动矢量的差分编码,所以一个运动矢量中的误码将引起后续所有同类运动矢量的错误解码,运动矢量的错误意味着宏块可能从参考图像的一个错误区域进行预测。

一个信元或包的丢失,将会引起解码帧中的几个图像条全部或部分被破坏。

(3)误差沿时间的传播

当解码帧作为其他帧的预测参考帧时,其中的已破坏区域将传播到其他的帧。受原始的误码影响的帧取决于被破坏图像的类型。

对于I 图像误码,当前图像组中的所有P 图像都是从开始的I 图像预测而来,所以可能所有的P 图像都受到被破坏区域传播的影响,所有位于I 图像和P 图像或两幅P 图像之间的B 图像同样会以相似的方式受到影响。

对于P 图像误码,图像组中在有误码的P 图像之后的P 图像都由该图像预测而来,所以可能受到该误码的影响,所有使用被破坏的P 图像预测的B图像也会受到影响。

3.减小误差影响的方法

为了减小传输误差对编码图像的影响,可以采取以下措施。

(1)纠错编码

前向纠错编码(FEC)可成功地用于控制MPEG‐2编码的数字电视等应用中的误码率,其中误码率的减小是以增加传输带宽为代价的。常用的纠错编码有:奇偶检验、汉明码、循环码、里德‐所罗门码(Read‐Solomon)、卷积编码、TCM 网格编码等。

(2)误差掩盖

误差掩盖是在发生误码的情况下由解码器来隐藏其影响的方法,可分为3种形式:

时间掩盖。最简单的掩盖技术是用前面已解码的帧中同一位置的像素值代替丢失或破坏了的区域。解码器必须首先识别出误差的发生,即检测到一个非法的不等长码字,然后用前一图像或前一帧中的数据代替当前条中剩余的数据。

空间掩盖。当时间掩盖无效时,空间掩盖也许是一种合适的选择。一个失真的方块可用两个无误差的相邻块的差值代替。

运动补偿掩盖。时间掩盖的效果可通过估计丢失方块的运动矢量,而不是简单地假定其为零加以改善。在P图像和B图像中,可通过对两个无误差的相邻块的运动矢量的差值进行,对于I图像或其相邻宏块为帧内编码的宏块则无法实行。

(3)编码参数

这种方法就是改变编码比特流本身,使其不易受误差的影响。已有的这类方法很多,以下是有关标准支持的几种方法。

分辨率可调整编码。该方法可用于增加编码比特流的稳健性,通过为每一分辨率层提供不同的业务质量,可在存在传输误差的情况下得到最优化的解码序列质量。

时间定位。在解码的MPEG‐2序列中,当下一个无误差的帧内编码帧或I 图像到来时,沿时间的误差将停止。被I图像或P图像中的误码影响到的帧的平均数目,正比于一对I图像之间具有的帧的数目。减少I 图像之间的时间间隔,即增加I 图像的比例,将会减少由时间上的误差传播引起的失真。但如果对更多的I图像编码,编码效率将大大降低。在MPEG标准中,编码器可以选择对特定的条采用帧内编码,这些帧内编码条可以有意地引入到P图像和B图像中,序列中的误差一般不会传过下一个帧内编码条。帧内编码条比预测编码条需要更多的比特,但这可能是在编码效率和误差恢复能力之间一个可以接受的折中措施。

5.2.3 MXF技术

1.MXF的概念

不断变化的电视制作和数字服务技术意味着,在演播室内传输节目视频和音频的方式也在改变:不仅大量使用计算机和与IT有关的产品,如服务器,而且还依赖于自动化,而素材的再利用也大大增加;除了需要传输元数据,还需要文件传送以适应计算机操作,要适应实时操作,文件还要被码流化。

MXF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。其内容可能为完整的节目以及整套广播电视节目或片段。可获得基本的设备用于在片段和音频叠化之间剪辑。片段可按照这种方式组合成为节目。MXF可自成体系运用,无需外部素材即可保存完整的内容。

MXF把统称为实体的视频、音频和节目数据(如文本)与元数据捆绑在一起,并将它们置于一个包内。其主体基于码流并携带实体和某些元数据。它保存视频帧的一个片段,每个片段辅之以有关的音频和数据实体以及基于帧的元数据。后者一般包含时间码和每个视频帧的文件格式信息。此经过排列或整理的事物也称为交织媒体文件。

主体可基于若干不同类型的素材(实体),包括MPEG、DV和非压缩视频/音频,它还使用SMPTE KLV数据编码系统,这使之具有成为公认标准的优势。

MXF是一种文件传送格式,有关各方均可以公开获得。它并非压缩方案特有,它简化采用MPEG 和DV以及未来的压缩策略之系统的集成。这意味着这些不同文件的转送将与内容无关,不规定必须采用指定厂商的设备。所需的任何处理都可以通过自动地求助于适当的软件或硬件编解码器来实现。

不过,MXF设计用于操作用途,因而所有的操作过程对于用户而言都是无缝的。

除了提供更好的互操作性,在不同的设备和不同的应用之间处理视频和音频,MXF另外的贡献是传送元数据。从一开始就把MXF作为一种新文件格式来开发,因此对实施和元数据应用加以大量的关注。这不仅对MXF文件的恰当运行非常重要,而且还将导致功能强大的新型媒体管理工具的出现。

2.应用目标

在1999年,Pro‐MPEG 论坛内开始确立一种在文件服务器和工作站之间交换节目素材的工作。尽管联网和文件传送在广播中已很普遍,但它们主要基于专有格式,这些格式功能可能有局限性并且不能完全互操作。虽然保存了视频和音频,但元数据在很大程度上没有被携带,它被忽略或丢失。

对于用户,新格式的目标应当是:易于理解和应用;开放并在适当时标准化;与压缩无关;可在主要平台操作系统和网络上使用。

MXF针对专业视频和广播应用,这在一头是把消费者应用排斥在外,在另一头则是把复杂编辑和创作排斥在外。其设计是传输连续节目素材和元数据。典型的应用是正在传输新拍的素材和已完成的节目。由于此目标避免了复杂性及编辑和创作所需的开支,使MXF相当简单和有效。不过,其设计宗旨还是与这些领域互操作。因此,Pro‐MPEG 和AAF(高级创作格式)已经并正在继续联合工作以确保其格式兼容。

3.流式传送和文件传送

传统上,电视广播基于流式视频和音频。在原始的场景画面和观众期望为连续实时视频和音频时,这是合乎逻辑的。PAL 和NTSC 模拟复合视频、数字SDI 和SDTI 全为流动的。但计算机系统是通过文件传送交换数据的。

流式媒体在所有文件被传送前,在传送期间是可见的;实况画面有最少的延迟;不带瓶颈的点对点传送,可靠、连续工作。

联网媒体采用低价、标准的IT 部件;可以存储在广泛的设备上,如磁盘和磁带;提供灵活的数据交换、共享和分配。

实时流式和文件传送各有优势,今后将继续使用。因此,它们具有某种程度的兼容性从而能共存并在其间交换素材是有必要的。考虑到这点,MXF设计成为“能流动”的文件格式,在两种传送之间建立一座无缝的桥梁。从运作上来说,除了要求传送外,没有牵涉到任何工作。因此,可以利用后期制作中AAF 的灵活性并通过“看不见的”简单文件转换,使MXF适用于数据流磁带机或服务器存储器的成品播出。注意,如果压缩方案没有变化,文件转换对视频和音频来说是无损的。

同样,操作和创作人员希望集中注意力于其任务上,不用在压缩问题上费心。但事实上,没有一种压缩格式能适合所有的应用,将会继续使用各种方案。因此,MXF与压缩无关,不管使用什么压缩都提供相同的服务。这允许厂商提供带多种压缩编解码器的设备,从而可以在如MPEG 和DV 等基本系统之间无缝工作。

4.开放格式和标准化

MXF是一种开放解决方案,因此已经提交到SMPTE 进行标准化。

Pro‐MPEG论坛和AAF 协会已经得到来自行业跨部门的大力支持。此外,与用户集团如EBU 等的紧密合作,确保包含了用户的需求。同时,许多厂商和软硬件提供商热心于尽快实施MXF。

5.互操作性

Pro‐MPEG 和MXF的主要目标是实现互操作性。这已经在三个领域实施。

跨平台。它将跨不同网络协议和跨操作系统如Windows、Mac、DOS、Unix、Linux 工作。

与压缩无关。它不在压缩格式间转换;它没有使管理一个环境中一种以上压缩格式更容易。它能处理非压缩视频。

流式传送/传送连接。MXF与流式媒体无缝互操作——特别是SDTI,实现全透明的交换。此性能是双向的,即从MXF到流式传送或反之,且意味着SDTI 易于适应基于文件的环境。这是真正的融合。

6.MXF和AAF

AAF 是一种行业主导的多媒体创作和后期制作的开放标准。它使内容创作者易于跨平台及在应用间交换数据媒体和元数据。它简化事件管理、节约时间及保存过去往往在媒体传送期间丢失的宝贵元数据。

MXF来源于AAF 数据模型,是一种简单交换格式,主要为了便利成品内容、完整节目或部分在服务器之间及向数据流磁带机传送。MXF还有助于播出运作和更简单的制作系统向标准联网环境的迁移。

这两种格式特别互补。而AAF 与现有媒体文件格式紧密集成,并补充之。MXF为现有数据流格式及AAF 文件时也有相同的表现。两种格式可以独立存在,各有为特定的应用领域优化的功能和设计。同时,一种格式不依赖于另一种。例如,一个广播系统可只使用MXF,而一家后期制作机构只使用AAF,但一家带后期制作机构的广播业者可能两者都得用。

尽管MXF和AAF 是互补的,但还是有许多差别。其一是AAF 可能携带保存于异地的外部素材的参考,此参考将被用于编辑,而MXF总是完备及可独立使用——无需访问外部素材。此外,AAF 包含基本视频转换处理,而携带完整节目素材的MXF却不需要。

5.2.4 数字音频信号的传输和交换

在广播电视音频系统中,音频信号的传输、交换和监控十分重要,它直接关系到音频信号的质量、系统的安全性和使用的方便性和灵活性。

早期音频传输系统是通过专用音频线缆传输模拟音频信号,通过塞孔盘进行信号的交换。后来出现了基于模拟交换技术的模拟音频矩阵,能实现音频信号的自动切换,大大提高了系统的灵活性和控制能力。20世纪90年代,出现了基于数字交换技术的数字音频矩阵。由于数字信号抗干扰能力强,使得音频传输过程中信号损失减到最小。而先进数字信号交换和处理技术的采用,使得数字矩阵能够提供更多的功能,音频传输和交换系统迈上了一个新台阶。

1.中心交换技术

单路数字音频信号的格式很多,如SPDIF、AES/EBU 等。在专业领域最常见的是AES/EBU 格式,主要用于音频设备之间的连接。在复杂的音频系统中,往往要同时传输多路音频信号,于是出现了ADAT 光纤传输接口、IEEE1394高速串行总线、TDM 总线等,目前普遍使用多路音频数字接口(MADI),它能通过75Ω 同轴电缆或光缆同时传输56路音频信号。

多路音频信号的交换大多采用音频交换矩阵。在这种系统中,音频传输系统以音频交换矩阵为中心,所有的音频信号均通过矩阵的交换和处理后再传输;音频信号的监听和监控也通过矩阵的输入/输出端口来实现。系统的功能和音频交换通道取决于矩阵的功能和配置,如16×16、32×32等,当实际输入/输出信号路数需要扩展时,要相应地扩展矩阵的输入/输出通道。

2.无中心音频交换技术

随着网络技术的发展,网络传输和交换技术逐渐在音频领域获得应用。

尤其是新近出现的网络无中心音频交换技术,它完全不同于以前的矩阵交换系统,而是通过网络交换构成无中心音频交换系统。典型产品为DigiSpider公司的CAS 系列音频传输系统。

网络无中心音频交换技术的最大特点是在普通的以太网上实现多路高质量音频信号的传输,以及音频数据的网上交换。从而使得系统的建设成本大大降低,而安全性和灵活性却大大提高。