[作者：遼寧電視臺 趙季偉] ? ????在當今數字媒體不斷發展、新媒體業務不斷涌現 的前提下，實踐證明襁褓中的新媒體只有兩種經營方略可供選擇：或是購買并集成整套節目，或是低成本深加工新節目，再不可能去按照傳統生產模式去自采自編。 低成本的節目生產制作與發布，不僅成為數字媒體經營的主要手段，也成為傳統媒體“改革工作流程”的重要舉措，進而促成了對新型工作母機和簡捷快速流程的迫 切需求。?

????在遼寧新媒體多業務綜合服務平臺上，先于國際和國內應用了MPEG-2傳輸流快速剪輯編輯系統（以下簡稱碼流快 編）。這項由遼 寧電視臺與深圳奧維迅公司在2003年10月聯合開發的新技術，為數字媒體低成本節目的制作、推廣和運營提供了高效生產工作母機。盡管擔負此項目源代碼開 發的奧維迅公司出現了經營問題，在技術推廣的中間環節發生梗塞，但并不能說明此項技術走到了盡頭。回顧3年的應用實踐及研發成果，需要的不是揚棄，而是演 進的升級，否則就是對可調控資源的莫大浪費。特別是針對第二代信源編解碼國標AVS-P2的更新換代，很可能成為多業務內容整合的新一代產品的突破口。?

????一 工作原理?

????1. 功能目標?

????碼 流快編的應用目標是，通過對開放視頻的采集，將DVB-S或C的傳輸流（Transport Stream，TS）節目作為信源，直接進行剪輯處理，再經過人工創意后，整合為新主題內容的新節目，以便直接進入頻道集成或編輯頻道節目播出，快速實現 數據層的內容整合，不僅簡捷了采集制作的工作流程，而且為豐富媒體內容資產開辟了一條捷徑。因為碼流快編的工作流程無需先以解碼后的視頻記錄于磁帶，再以 磁帶上載編輯機，經編輯后再下載成為磁帶，再編碼復用成為新內容的新節目。即便數字化完成以后，視頻數據流仍不能用于經復用的數字傳輸，還需編碼、轉碼、 打包等傳輸格式化以后，才能在數字信道上傳輸。而采用碼流快編以后，不僅避免了解碼后再采樣編碼所形成的視頻損耗，還避免了在1∶1時間的上下載中所造成 的效率損耗。更重要的是在視頻內容整合中，一次性完成音/視頻同步剪切、字幕處理和音/視頻數據打包復用等連續作業。所以，它能夠提高生產效率60%以上。必要時還可進行節目包裝的特技編輯，直接創建數據級和文件級的互聯互通內容交換平臺，在媒體資產管理下，順利實現網絡化與智能化的節目配送與發布。?

????由 于碼流快編是針對以TS為信源的再編輯系統，所以實行“高來高走，低來低走”，或是“高來低走”的應用策略，即高碼率對應高 碼率（包括兼容高清），低碼率對應低碼率，但碼率連續可調，以適應高碼率對應低碼率的應用。理論和應用都說明，對比源節目和成品節目，經剪切和編輯處理的 圖像保持了同等的視頻質量，成為不劣化圖像的創新工作流程和新型工作母機。?

????2. 設計特征?

????碼流快 編的低成本與高效率來自它的主要特征。常規的非線性編輯機是在編碼一側做文章，通過采集編碼卡實現視頻圖像多層多軌的非線 性編輯；而碼流快編則是在解碼一側下功夫，通過對TS拆包還原為基本碼流（Elementary Stream，ES），而后經編輯再封包成為TS，快速實現視頻內容整合的業務應用。因而，碼流快編除了運用非線性圖像處理技術外，最大的特點是運用了 MPEG-2和DVB的系統原理，在此基礎上進行圖像處理的應用開發。?

????通過圖1的系統概念，可以看出碼流快編運用了一個逆向思 維的方法，利用DVB系統傳輸的發/收互逆關系，將收端的單節目傳輸流 （SPTS）作為信源，通過ES實現以視頻非線性處理的目標功能。這時的解決方案有兩個：一是在TS基礎上直接進行圖像處理的基礎開發，實現與常規非編一 樣的操作界面和編輯習慣，這樣雖好，但是沒有參照模型以及可利用的技術資源，必須從零開始的重寫源代碼；二是將TS轉碼為ES，以ES幀結構和句法格式還 原成為符合ITU-R.601建議的原始視頻幀，就可以很方便地利用或附加現有的常規非編技術，以無卡站形式實現編輯。碼流快編同時采用了兩種方案，一方 面獨立開發新產品系列，以適應于快速發展的數字電視業務需求，另一方面提高系統的兼容性，向后兼容傳統非編，有利于在媒體資產管理下實現互聯互通和投資保 護。圖2說明了方案二的ES還原并顯示原始視頻的GOP幀結構。?

????通過圖2可以認為，既然能夠形成IBBP的句法幀，再轉換成 為全I幀格式并不難。這樣一來，就可以利用原有的非線性編輯技術， 連續處理長與短GOP、全I幀與IBP幀結構、可變與固定碼流的節目素材，實現不同節目格式的快編與混編。由此可見，碼流快編的開發技術難點，是結合 DVB系統與MPEG-2標準，從譯碼過程中讀出元數據，實現基于解碼器的圖像處理技術，并能兼容以編碼卡為基礎的非線性編輯技術。因而被業內稱為“第一個吃螃蟹者”。?




????3. 數據變換

?既然要把TS作為節目源進行編輯，就需要將TS包中的數據變換為非線性編輯所能使用的元數據和視頻流。它們是以碼流快編作為工作母機進行生產的真正原料。?

????數據變換的第一個過程是拆DVB復用包。如圖3所示，DVB的解碼流程中分層譯出了許多數據信息，如同步字節（Sync Byte）、節目特定信息（Program Specific Information，PSI）中PAT、PMT、NIT等列表、包識別（Packet Identification，PID）、節目時鐘基準（Program Clock Reference，PCR）及PTS/DTS（后詳解）和業務信息（Service Information，SI）等部分。這些信息不僅與DVB PSI/SI直接相關，與MPEG-2的句法結構也直接相關，它規范地傳遞了再生碼流中音/視頻所需的MPEG-2列表數據，通過這些信息的引導，準確進入MPEG-2系統層的進一步譯碼。?

????第二個過程是拆MPEG-2系統復用包。MPEG-2系統定義了一個的碼流層次化結構句法規則，以便于誤碼處理、隨機搜索以及 內容編輯。它自上而下依次分為圖像序列層（Video Sequence Layer，VSL）、圖像組層（Group of Pictures Layer，GOPL）、圖像層（Picture Layer，PL）、像素條層（Slice Layer，SL）、宏塊層（Macro block Layer，ML）、像塊層（Block Layer，BL）等6個層次，分別賦予每個層次不同的功能。圖4說明了MPEG-2 體系的句法結構，通過這種分層排列的結構特征，MPEG-2提高了系統的靈活性和管理效率，使得每一層都可以用來支持一個特定的功能。碼流快編大部分應用于VSL、GOPL、PL層，特別是在GOPL，需要在還原時規范翻譯PID、PCR、PTS/DTS等信息，將同步信息、閉合標記、斷鏈標記等數據準確插入GOP圖像組，以形成每組GOP數據流的起點，才能保證圖像幀的精確和連續幀的同步接續。?

????第三個過程是將拆包后所得數據信息，以規范的裝填還原MPEG-2 ES以及元數據，因而裝填數據是碼流快編的重要技術環節。?

????（1）裝填復用的基本碼流包?

????依據MPEG-2 TS規范結構（如圖5所示），復用的基本碼流包（Packetized Elementary Stream，PES）是由包頭、自適應區的ES特有信息和包數據3部分所組成。由于包頭和ES特有信息二者可合成1個數據頭，因而可認為1個PES包是由包頭和包數據（有效載荷）2個部分所組成。對有線、衛星、地面廣播網接收的TS，經過解調和解擾處理后選取包長為188B的SPTS，并從包頭中提取相關信息，以PID區別不同SPTS包，以連續計數器的順序計對標注PID的TS包重建一個獨立分組的PES。根據自適應區中的填充數據，裝填到不為TS包整數倍的PES包中，以保證PES變長包的完整性。同時，依據包頭及自適應區內的同步字節、原始程序參考時鐘（Original Program Clock Reference，OPCR）、PCR等同步和識別信息，提供27MHz的解碼同步時鐘，裝填共同時間基準、獨立時間基準、可變包長和有效載荷等數據。?

????裝填成為PES對碼流快編具有格外重要的意義，因為PES包內含音/視頻的ES以及包括PID的12個包頭識別標志，當對 PES包的起點不能精確定位、對PES包頭標志符不能準確識別時，就不能保證拆包后再打包的圖像無縫接續和聲畫同步。這是在初期研發過程中遇到并獲得突破的技術難點。?

????（2）裝填基本碼流?

????根據MPEG-2規范的PES包結構（如圖6），還需進一步裝填為連續ES流。ES是指只包含1個信源的數據流，即視頻數據流或 音頻數據流。每個ES由若干個緩存器的特定存取單元（Access Unit，AU）所組成，而每個視頻AU或音頻AU都是由頭部和編碼數據的2部分。1個AU相當于編碼的1幀視頻圖像或1個音頻幀的取樣。PES的包頭為恢復ES提供了向導。?

????對于PES包頭，具有ES特有信息的顯示時間標記（Presentation Time Stamp，PTS）、解碼時間標記（Decode Time Stamp，DTS）標志、基本流時鐘基準（Elementary Stream Clock Reference，ESCR）信息標志、基本流速率信息標志、數字存儲媒體（Digital Storage Media，DSM）的特技信息標志等等，其中，唯有PTS/DTS標志，是解決視音頻同步顯示，防止輸入緩存器上溢或下溢的關鍵所在。?

????在裝填過程中，數據定位指示符引導PES還原所包含的視頻、音頻及所屬其它數據流（如同步、數據和數據通道等），包頭識別標志的PTS/DTS指示了可變長度包數據的幀同步時間，當區分音/視頻和其它數據以后，依據PTS/DTS對視頻幀分配給特定的AU。其中尤以獨立時間基準是還原ES的同步基礎。對于PES包數據，一方面通過擴展標志的數據包計數器，引導恢復數據流，另一方面利用循環冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）輔助檢測并糾正可能存在的數據包丟失。?

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????4. 精確幀定位

?幀定位是精確編輯的基礎，而精確的幀定位來自于精確的幀同步。在ES上實現逐幀精確的編輯，首要問題是實現精確幀的同步。?

????如前所述，裝填后的ES變成僅含有1種性質的PES包，或視頻ES，或音頻ES。以視頻為例，圖7表明了在PTS/DTS標示的獨立同步時間基準指示下，順序裝填再順序讀出，形成連續ES的I1P4B2B3P7B5B6（N=7）GOP組幀順序。由于PES的數據分組是可變長度的數據包，但它的最大包數據容量為65526Byte。因此，在碼流快編中必須為每個AU準備必不可少的緩存空間。

????如圖7所示，PTS表明圖像幀出現在目標解碼器（System Target Decoder，STD）的時間，DTS表明將存取單元全部字節從STD的ES解碼緩存器移出的時刻。當以PTS/DTS為獨立時間基準，定位和標志 PES的AU起始點后，對UA依次組成圖像幀序為I1P4B2B3P7B5B6 I10B8B9的ES。對于I、P幀而言，PES的圖像幀序為I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9，應該P4比B2、B3在先，但顯示時P4一定要比B2、B3在后，這就必須重新排序。在PTS/DTS時間標志指引下，將P4提前插入數據流，經過緩存器重新排序，重建視頻幀序 I1B2B3P4B5B6P7B8B9I10。顯然，PTS/DTS是表明確定事件或確定信息，并以專用時標形態確定事件或信息的開始時刻。?

????值得注意的是，雖然在PES中應該每個I、P、B幀的包頭都具有一個PTS和DTS，但由于B幀的解碼時間和顯示時間存在一致性，因而對B幀而言，PTS與DTS具有相同作用，無須DTS，只須PTS。音頻數據包也很有特點，雖然它可以含有多個存取單元，但由于它必須按照時間順序傳送，所以音頻包頭中也不含DTS，只有1個PTS。?

????由此可見，PTS/DTS不僅直接關聯幀定位，而且直接關系到碼流快編的幀精確編輯。為此，碼流快編的幀定位著重處理以下幾個幀序特征：?

????* 當處理某個含有1個I幀的存取單元時，在其包頭文件中應有DTS和PTS，且2個標記之間的時間間隔為1個圖像周期，那么在雙向編碼時的P幀應在I幀之后，在包頭文件中就應有1個DTS和1個PTS，而這2個標記之間應存在3個圖像周期的間隔，這樣才能插入2個B幀。?

????* 當前處理IPBB時，I幀應延遲1個圖像周期，P幀應延遲3個圖像周期，而2個B幀則無需延遲，于是，最后的顯示順序就成為了IBBP幀序。?

????* 若需要改變GOP結構時，例如在I與P幀之間需要存在更多的B幀，則需調整B幀DTS與PTS之間的時間間隔。?

????* 當處理IPBB序列后，必在第1個B幀之前先對I和P幀進行解碼，但每次只能對一幀圖像進行解碼，因此需要先解I幀并暫存后，待P幀被解碼時，隨即讀出I幀，而后再讀B幀。?

????* 在處理包頭時，對PTS/DTS指示的某圖像幀，特殊關注是否只有1個PTS時間標記，是否含有PTS和DTS的2個時間標記，以便快速確認I、P與B幀，以及音頻包。?

????當作為編輯節目源的MPEG-2 TS被拆包以后，以PTS/DTS實現視頻幀的精確定位，就能以幀精確的剪切編輯實現碼流快編功能，同時，也能以 I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9幀序顯示I1B2B3P4B5B6P7B8B9I10幀序。那么，在此基礎上嫁接現成的MPEG-2 IBP非線性編輯的成熟技術，既不需要高價的采集編碼卡，也不需要上下載的轉碼，從采集、轉碼、拆包剪切，到特技處理、打包上傳，一氣呵成地構成了碼流快編系統。?

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????二實際應用?

????考慮到碼流快編的兼容性和通用性，以及互聯互通網絡平臺內容交換的需要，系統是在Windows平臺上開發應用，系統流程詳見圖8。?

????事實上就應用層而言，看不出碼流快編與常規非編究竟有什么區別。只是對照圖8，才能看出常規應用時是以傳統磁帶記錄的內容為節目源，這就需要圍繞采集編碼卡，設立上下載工作站，通過將模擬節目采集編碼為數據流以后，再進行剪切等編輯。因而，目前還需對廣泛應用的模擬視頻提供接口選項，附加上下載工作站。它的應用界面及其采集參數選項參見圖9。圖9、10表示數據輸入的采集操作界面，顯示目標文件格式初始化選項與合成屬性，以維系連續應用的工作流程。?

????經采集所合成的碼流格式文件，可以同時轉換成為可供交換的各種流格式和連續可調的速率，以適應各種內容編輯的整合策略需求，并可利用網絡，對連續生產的其它工作站輸送和交換素材，直至包括特技的特殊內容加工。這些交換文件的合成屬性以及應用格式選項參見圖10。?

????雖然在碼流快編上進行快速編輯并合成文件時，與常規操作不無不同，但是通過對TS文件的快速正、反向搜索，以每一幀的入點、出點的精確定位，進行非線性編輯的剪切操作，制作成為新內容體裁的新文件，卻被廣電總局主管節目的領導所認可，被稱之為“海量空中節目的過濾器”。同時，它還可以根據內容的需要，通過內置的迭加臺標、欄目、字幕等字幕軟件，直接參與編輯節目內容信息編輯或局部遮蓋，并可聯立采集工作站，形成生產流水線，進行不同任務種類的專項加工。如圖11所示，在時間軌上的不同視頻、音頻、字幕等，均可按幀精確的快速合成為新節目或新素材。?

????如圖 12所示，當合成新節目或素材時，文件格式的也可以根據使用的需要加以選擇。如果作為DVB播出節目的成品，則可選擇 “MPEG-2TS流（DVB格式）”選項；如果需要作為進一步深加工的素材，則可選擇“MPEG-2ES流（M2V+MPA）”選項，以素材集的形式存放于共享應用的集中存儲。這樣編輯后的節目素材或成品，理論上可以保證與節目源完全相同的視頻質量。?

????還值得一提的是，只要在此基礎上再增加一塊廉價的Matrox-RGX100采集卡，就可以進一步集成無限軌、無限層的第二代非線性編輯技術，成為多格式混編、混排的超級深度特技編輯機，為動漫、游戲等新媒體節目的快速加工創造工具。

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三 結語? ????無論碼流快編對節目制作的現實意義存在何種褒貶，但在一次數字版權還沒有進階到二次版權法規的時候，它的存在具有特殊重要意義。畢竟能夠通過僅12名（前期6人）的人員投入，以低成本、高效率的節目加工，為遼寧電視臺提供了18套全省的數字電視節目，而且維系了近3年的節目生產，至今贏得了全省近百萬數字電視用戶的向往與肯定。試想一下，倘若按照常規作法，只播出1套節目用12個編輯就很可能要“累死人了”。? ????實踐證明，當國外的政治體制和法規觀念與國內存在現實差異的時候，國際上不屑一顧的產品并不是國內市場沒有需求；當國際與國內市場趨于接軌的時候，對瞬息萬變的市場不屑一顧也不是新技術的初衷；當碼流快編因某種原因并沒有得到推廣的時候，不屑一顧地揚棄它的內核就不是實事求是。最恰當的對策是繼承技術原理的設計理念，與時俱進地升級新產品，才能獲得廣電和企業的整體效益。? ????摘自《現代電視技術》