网络化高清非编实验室的建设

第３Ｏ卷第９期　２０ｌ１年９月　

实验室研究与探索　

ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＡＮＤ　ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ　ＩＮ　ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ　Ｖ０１．３Ｏ　ＮＯ　９　

Ｓｅｐ．２０１１　

网络化高清非编实验室的建设　吴振华　（上海师范大学数字媒体艺术系，上海２００２３４）　

摘　要：以ＨＤＶ作为高清视频编码格式，采用ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ的构架，以及用千兆以太网和基于　ｉＳＣＳＩ的ＩＰ　ＳＡＮ作为网络结构，对如何构建适合高校教学的网络化高清非编室作了设计。以ＨＤＶ为核　心编码的非线性编辑系统既能满足＂－３前仍有较大需求的标清节目制作，又能为高清节目制作做好充分　地准备；ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ的构架有效利用ＣＰＵ和ＧＰＵ的处理能力，简化了非线性编辑系统，进一步降　低了影视制作的门槛，从而有利于在高校和其他教育机构中推动影视技术教学；基于ｉＳＣＳＩ的ＩＰ　ＳＡＮ　的构架无论从成本上还是实施难度上，都极具竞争力，它基于成熟的以太网技术，随着万兆以太网的出　现．它的应用将更为广泛。　关键词：非线性编辑；ＨＤＶ；ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／０；ＩＰ　ＳＡＮ　中图分类号：Ｇ　４３２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００６—７１６７（２０１　１）０９—０１８１—０４　

ＨＤ　ＮＬＥ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｕ　Ｚｈｅｎ—ｈｕａ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｅｄｉａ　Ａｒｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２３４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐ‘ｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｔａｋｅ　ＨＤＶ　ａｓ　ｈｉｇｈ—ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｖｉｄｅｏ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｆｏｒｍａｔ，ａｎｄ　ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋１／０　ａｓ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　Ｇｉｇａｂｉｔ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ａｎｄ　ｉＳＣＳＩ—ｂａｓｅｄ　ＩＰ　ＳＡＮ　ａｓ　ａ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ａｎ　ＮＬＥ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｆｏｒ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｔｉｌｅ　ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒ　ｅｄｉｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＨＤＶ　ｃｏｄｅｃ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ＳＤ　ｆｏｒｍａｔ　ｖｉｄｅｏ　ｍａｋｉｎｇ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｍａｋｅ　ｆｕｌｌ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ—ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｖｉｄｅｏ　ｍａｋｉｎｇ；ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｗｉｌｌ　ｍａｋｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ＣＰＵ　ａｎｄ　ＧＰＵ’Ｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ，ｓｉｍｐｌｉｆｙ　ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒ　ｅｄｉｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｆｕｒｔｈｅｒ　ｓｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｏｆ　ｆｉｌｍ　ａｎｄ　ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｕｓ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｆｉｌｍ　ａｎｄ［ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｅａｃｈｉｎｇ；ｉＳＣＳＩ—ｂａｓｅｄ　ＩＰ　ＳＡＮ’Ｓ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｂｏｔｈ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ　ｏｆ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｒｏｖｅｎ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｇｉｇａｂｉｔ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｍｏｒｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＮＬＥ；ＨＤＶ；ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ；ＩＰ　ＳＡＮ　

０　引　言　非线性编辑实验室在高校中应用广泛，新闻，影　视、广告、数字媒体艺术、教育技术等专业的课程计划　中都包含非线性编辑相关课程，且建有非线性编辑实　验室配合教学实践需要。随着计算机技术和影视技术　的飞速发展，非线性编辑系统不断经历着升级和更新，　收稿日期：２０１０—０９—１０　修改日期：２０１０—１１—２５　基金项目：上海师范大学理科科研项目（ＳＫ２００９３５）　作者简介：吴振华（】９７７一），男，浙江宁波人，硕士，讲师，研究方　向：数字影像传播，高清电视技术。　Ｔｅ１．：６４３２１２０５：Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｌｕｓｋｙｅ＠１２６．ｃｏｍ　当前，非线性编辑系统面临的变革可以用２个关键词　来概括——“高清”和“网络”。　高清化是电视技术发展不可阻挡的趋势，要制作　高清视频，拍摄、制作、存储和传输视频信号的系统必　须由标清向高清全面升级，当然也包括后期制作的非　线性编辑系统。此外，在影视制作过程中，随着制作项　目规模和复杂程度的不断增加，制作流程中各环节的　合理组合，资源素材的有效共享对于提高制作效率，减　少资源浪费有着重要的意义，非线性编辑系统由原来　单机系统为主逐渐向网络化配置发展　。　影视制作教学与影视技术的发展紧密相连，面对　高清视频和编辑系统网络化的挑战，高校的非线性编　８２　实　验　室　研　究　与　探　索　第３Ｏ卷　辑实验室如何选择合理的架构，实现完备的功能，达到　理想的教学目标，同时兼顾软、硬件的性价比，这是一　个值得探索和研究的问题。　

流非线性编辑软件都能为ＨＤＶ格式提供良好支持。　对于高校而言．采用ＨＤＶ作为核心视频编码系　统，建设非线性编辑实验室，具有相当大的综合优势。　

１　以ＨＤＶ为核心的高清视频编码系统　２　ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ构架系统　１．１　高清视频编码标准类型　视频技术的核心在于编码技术标准，由于不同的　视频编码标准之间互不兼容，所以选择一种技术标准，　即意味着必须选择采用这种标准的摄、录、编全套设　备。视频摄制设备价格昂贵，因而，对于高校在考虑新　建或升级非线性编辑实验室之前，对选择哪一种高清　视频编码标准必须进行认真的思考和审慎的研究。　当前，高清视频技术标准主要有以下几种，国际电　信联盟和美国电影电视工程师协会提出的ＨＤＴＶ；索　尼、ＪＶＣ、佳能和夏普联合提出的ＨＤＶ；以及索尼和松　Ｆ联合制订的ＡＶＣＨＤ。　ＨＤＴＶ是传统的高清电视标准，它主要针对广播　级电视节目制作，在各级电视台和专业的影视制作公　司得到广泛的应用，系统价格高昂是其最主要的问题，　套ＨＤＴＶ后期非线性编辑系统的价格高达数１０万　元，对于部分专业的影视院校而言，可能会配备一套　ＨＤＴＶ的系统，用作较高端的创作，但采用ＨＤＴＶ标准　建设教学用非线性编辑系统实验室是不切实际的　。　ＨＤＶ和ＡＶＣＨＤ这两种高清技术标准被誉为平民　化的高清，从设计之初，ＨＤＶ和ＡＶＣＨＤ就充分考虑到　ｒ成本和效果之间的平衡，以和标清相差无几的设备　成本，获得接近ＨＤＴＶ质量的高清画面，可满足众多　领域对于高清的需求。这两种技术标准的出现，大大　推进了高清视频的普及速度。两种技术标准各有特　点，ＡＶＣＨＤ适合直接播放和简单处理，而对于新闻，　影视、广告、数字媒体艺术、教育技术等侧重后期编辑　的专业教学而言，ＨＤＶ则更具有优势　。　１．２　ＨＤＶ标准的特点　（１）ＨＤＶ的分辨率可以达到１４４０×１０８０，接近于　全高清ｌ９２０×１０８０的画质标准，亮度信号的水平分辨　率从标清ＤＶ系统的４００线左右提高到７００线以上，　色度信号的分辨率也相应提高了一倍，宽高比由４：３　改变为１６：９．更适合人眼的视觉特性　。　（２）ＨＤＶ可以ＤＶ录像带作为记录载体，采用　ＭＰＥＧ２作为视频编码方式，以１３９４接口作为采集和　录制的接口，它采用　大量成熟的技术标准，具有较强　的稳定性，且有利于兼容先前的设备，降低总体成本，　对于高校实验室的建设，具有很重要的实用价值。　（３）ＨＤＶ的文件格式为ＭＰＥＧ一２　ＴＳ流格式，ＴＳ　流格式的文件在网络环境中的传输和处理效率较高，　尤其适合网络化的非线性编辑系统。　（４）ＨＤＶ得到了非编软件的广泛支持，所有的主　２．１　基于板卡的非线性编辑系统　非线性编辑系统可以分为两大类——基于板卡的　系统和ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ构架的系统。　基于板卡的非线性编辑系统以专用的处理板卡为　核心，计算机ＣＰＵ仅仅负责实现交互界面和文件系统　数据存储的功能，视音频信号的输入、压缩、解压缩、特　技、合成、输出等处理工作全部通过板　完成。系统在　视频处理方面基本不占用计算机的资源，对于计算机　平台的配置要求相对较低，而且采用专门设计的芯片　来实现视频解码、特技处理和画面合成，可以保证系统　的实时性　。　基于板卡的非线性编辑系统有两点明显不足：①　采用专用板卡完成各种功能所必需的复杂结构导致了　板卡价格昂贵并且兼容性、稳定性较差。②采用专用　板卡的非线性编辑系统的功能和性能完全取决于板　卡，编解码器的规格和编解码性能决定了所能够编辑　的压缩视频格式和实时编辑、播放的视频层数；ＤＶＥ　处理器的数量和性能决定了实时特技轨道数和特技效　果。由于硬件板卡所固有的不可升级特性，用户一旦　选用了某个板卡，编辑系统的功能和性能就完全受限　于板卡的能力，除了增加一些可选的特技卡或接口卡　之外，没有任何进一步升级的空间和可能。　随着计算机硬件技术的迅猛发展，计算机性能有　了很大的提升。高配置的计算机平台所能够提供的运　算能力已经接近甚至超越了专用板卡，同时，非编系统　的软件架构也发生了革命性的变化，ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ　构架系统逐渐成为新一代的非线性编辑系统主流。　２．２　ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／ｏ构架的非线性编辑系统　ＣＰＵ是指中央处理器，包括运算部件和控制部　件，是完成各种运算和控制的核心。ＧＰＵ的概念来自　于ＮＶＩＤＩＡ公司，全称是Ｇｒａｐｈｉｃ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ，它将　三维图像和特效处理功能集中在显示芯片内，使显卡　减少对ＣＰＵ的依赖，并承担部分原本ＣＰＵ的＿［　作　。目前高配置的计算机平台足以用ＣＰＵ实现视　频数据的编解码运算，同时采用高性能的ＧＰＵ完成视　频特技效果的处理，ＣＰＵ＋ＧＰＵ的协同工作，结合仅供　视频基带信号输入输出的Ｉ／０板卡，从而形成一套Ｉ／　０板卡负责上下载、ＣＰＵ负责编解码运算、ＧＰＵ负责　特技效果合成处理的新型非编系统。其原理见图１。　在ＣＰＵ＋ＧＰＵ＋Ｉ／Ｏ构架的非线性编辑系统中，　ＣＰＵ从硬盘中读取视频数据，由软件编解码器解码为