（通信与信息系统专业论文）分布式多媒体编辑系统中粗编功能模块的设计和实现.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位沦文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 鏖邀 日期 p 叶多，) 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅：学校可阻 公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 书舡 日期： 垒! ! 13 ：! ! 日期：啪铷毒j i 题目：分布式多媒体编辑系统审粗编功钱模块的设计和实现 攘要 随着宽带两络技术和多媒体通信技术瀚发震，人们开始逐步利用瓶 技术对传统产业进行数字化改造。传统的基于模拟方式的视频节目采编、 制作、分发、播赦、躐看酶缺点越来越突囊，研究综合性鹃、分布式的 多媒体制作环境越来越成为趋势。分布式多媒体编辑系统的目的就是利 耀当蓠最耨薛多媒体技术，改造现有酶邀褫节謇裂作搔出系统，使之麓 对多种来源的声像信息进行数字化编辑、压缩、存储、实时传输和调用， 鼠霭提裹节萎制佟的效率，撬供受窝覆量麴声豫凝务。本文结含大型醐 究课题分布式多媒体编辑系统的具体开发工作，就分布式多媒体编 辑祭统中熬煽辑功戆模块浚计进行了深入懿礤究，设计了一个蓥二j | ：二软件 实现的、可远程实时控制的、可扩展性好的分布式节目粗编子系统。 本文分析了分布式多媒体编辑系统酶特点，以菠系统鸯基础，将节 目制作系统划分为采集素材子系统、粗编子系统、配音予系统、后期制 作子系统、援出予系统五大予系统，分柝了各部分之间的按作浚程，弗 对其中的粗编子系统进行了详细的分析、设计。 节霞编辑是多媒体节垦制作的核心步骤，本文中实现酌粗缡子系统 采用了高效率菲线性编辑，实现了m p e g l 节目素材剪切、串编和编后圄 放。之后生成一个编辑决定列表( e d l ) 文件，标记素材编辑蛉结聚。 e d l 文件作为粗编子系统的最终输激，将为非线性编辑机对后续的编辑 操作提供依据。 对租编予系统的设计，采用了模块化设计的方法。设计开发基予微 软的d i r e c t s h o w 技术，使用td i r e c t s h o w 中的d e s 应用程序接口，通 过d e s 中虚拟的时闯线模型，完成了多媒体编辑操作。还通过自定义滤 波器( f i l t e r ) ，实现了添加字幕的功能。 关键键：多媒体多媒体通信毒觅频缡辑d i r e c t s h o w d e s a b s 霉r a c 苇 w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fb r o a d b a n dn e t w o r k sa n dm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e s ，w ea r eb e g i n n i n gt om a k e d i g i t a lr e f o r m st ot h e t r a d i t i o n a li n d u s t r y b yu s i n g t h em a t u r e dn e w t e c h n i q u e s t h ed i s a d v a n t a g eo f t h ec o l l e c t i o n ，m a n u f a c t u r e ，d i s t r i b u t i o n ，p l a y i n ga n dv i e w i n gw h i c ha r eu s e d f o rt r a d i t i o n a lv i d e o p r o g r a mb a s e d o na n a l o gf o r ma r em o r ea n dm o r e s t a n d o u t ，t h er e s e a r c ho ni n t e g r a t e da n dd i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ap r o d u c i n g e n v i r o n m e n tb e c o m e sag e n e r a lt e n d e n c y 。彳h ep u r p o s eo ft h ed i s t r i b u t e d m u l t i m e d i ae d i t i n gs y s t e mi sr e f o r m i n gt v p r o g r a mp r o d u c i n ga n dp l a y i n g s y s t e m i no r d e rt om a k ed i g i t a l e d i t i n g ，c o m p r e s s i o n ，s t o r a g e ，r e a l t i m e t r a n s m i s s i o na n db r e wt oa u d i oa n dv i d e o c o m i n g f r o mm u l t i s o u r c e b y c u r r e n tm u l t i m e d i a t e c h n i q u e 。t h u s ，i tc a ni n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo fp r o g r a m p r o d u c i n g a n d p r o v i d eh i g h e rq u a l i t ys e l w i c eo f a u d i oa n dv i d e o c o m b i n i n g a t o to ft h em a t e r i a lr e s e a r c hw o r k so nt h ed i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ae d i t i n g s y s t e m ，t h ep a p e rp r o c e e d st ot h er e l a t i v er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ne d i t f u n c t i o n a lm o d u l ed e s i g ni nd i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ae d i t i n g s y s t e m ，t h e p a p e r a l s o p r o v i d e s ad i s t r i b u t e d p r o g r a mb e f o r e h a n de d i t i n gs u b s y s t e m b a s e do ns o f t w a r e ，t h i ss y s t e mi sr e m o t er e a l - t i m ec o n t r o l l i n ga n dh a sg o o d e x p a n s i b i l i t y t h e p a p e ra n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i co f d i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ae d i t i n g s y s t e m b a s e do nt h i ss y s t e m ，t h ep r o g r a mp r o d u c i n gi s d i v i d e di n t o f i v e s u b s y s t e m s ：c o l l e c t i n gm a t e r i a ls u b s y s t e m ，b e f o r e h a n de d i t i n gs u b s y s t e m ， d u b b i n gs u b s y s t e m ，a n dp o s t p r o d u c t i o ns u b s y s t e ma n dp l a y i n gs u b s y s t e m t h e p a p e rn o to n l ya n a l y z e st h ec o o r d i n a t i o nf l o wa m o n g t h e s es u b s y s t e m s ， b u ta l s op a r t i c u l a r l ya n a l y z e sa n d d e s i g n s t h eb e f o r e h a n d e d i t i n gs u b s y s t e m ， p r o g r a me d i t i n gi s t h ec o r ep r o c e s so fm u l t i m e d i ap r o g r a mp r o d u c i n g ， w h i l et h eb e f o r e h a n de d i t i n gs u b s y s t e ma d o p t sh i g he f f i c i e n ta n dn o n l i n e a r e d i t i n g t h eb e f o r e h a n de d i t i n gs u b s y s t e mf u l f i l l st h ec u t t i n ga n dc l i p p i n g ， a f f i x i n ga n dp l a y b a c ka f t e re d i t i n g ，a n dt h e nb o r nae d i t i n gd e t e r m i n a t i o n l i s t ( e d l ) f i l em a r k i n gm a t e r i a le d i t i n gr e s u l t t h ee d l f i l ea st h eu l t i m a t e o u t p u to fb e f o r e h a n de d i t i n gs u b s y s t e mp r o v i d e sf o u n d a t i o n st oc o n t i n u e d 4 e d i t i n g f o rn o n l i n e a re d i t i n gm a c h i n e 。 t h eb e f o r e h a n de d i t i n gs u b s y s t e ma d o p t s m o d u l a r i z e d d e s i g n ，t h e d e s i g na n dd e v e l o p m e n ti s b a s e do nm i c r o s o f td i r e c t s h o w , a n du s e sd e s a p p l i c a t i o np r o g r a m i nt e r f a c e i nd i r e c t s h o w ,u l t i m a t e l y f i n i s h m u l t i m e d i a 。e d i t i n go p e r a t i o n b y v i r t u a l t i m i n g m o d e li nd e s t h e b e f o r e h a n de d i t i n g s u b s y s t e ma c c o m p l i s h e s a d d i n gc a p t i o n f u n c t i o n b y s e l f - d e f i n i n gf i l e r k e y w o r d ：m u l t i m e d i a ，m u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n ，m u l t i m e d i a e d i t i n g ， d i r e c t s h o w , d e s 第一章绪论 通信、计算机和广播电视长期以来一直是三个豆相独立的领域，各自有着不同的 援术特点帮服务内容。僵是近几十年来，随麓数字技术和大蕊模集成电路技术的发滕， 这三个原本各自独立的领域开始相豆渗透、相互融合，形成了一门崭新的技术多 媒藩技术。多媒体技零翡应褥移发菇又逡步加速了这三令领域豹融合，经多媒体通 信成为信息传输与通信技术发展的主要方向 l j 。 磊嚣礤澍残功翡分布式多媒傣缡辫系统蛰缝够羚充和完善我国现有韵多媒体 信息系统，同时在软件开发方面，也为在下一阶段对系统的进一步扩展中，实现多媒 落会议逄鬣、遗蟹远程医疗诊断，以及其它各手孛信惠监务佟好了撩器。 本文阻分布式多媒体编辑系统为背景，详细介绍了该系统中粗编予系统的殴 诗嚣发。穗缡子系绞镬鼹了类似予 线整编辑橇豹方式，采鼷较辫雏实现方式对 m p e g l 素材文件进行多媒体编辑并能同时完成黼音和添加字幕的编辑功能。粗编 子系统最终生成一个标记豢楗爨在麴位霞零羹编辑搽擘懿绫瓣决定裂表文热( e d l 文 件) ，并将e d l 文件提交给非线性编辑机进行进步的操作。 1 1非线性编辑 9 0 年代初，非线性编辑系统进入电视台的制作机房，适应了电视节嗣制作由模 拟方式向数字方式转变的徽要。为适应后期制作的发展潮流，也为了将来向全数字窿 清晰电视方向迈进非线性编辑技术的研究和相关开发工作在全世界受到广泛的重 视。 菲线性编辑罨一门新的综合性技术，它覆盖了电视技术和谱。算机技术的主要领 域，包括数据压缩、数据存储、图像技术、计算机图形技术和网络簿相关技术，把数 字纯、多媒体、交互性和网络亿带入了影税编辑工作中，给电视节西的后翔翻作带柬 了蘸大的变革。 随着菲线经编辑关键技术的发展，长期在诗髯祝行业发生作搿的“鼙尔”定襻也 将对非线性编辑硬件及软件的更新带来显蔫的影响。多媒体非线| 生编辑系统功能的增 强和价嵇的下降，必将使它和数字摄豫飘、数字黧褶祝与数字电享受一道走入普逶入静 家庭，电视业的格周也将发生重大的变化。电视节目的制作将不再是少数专业人员的 王 乍，毫税褒众也褥诺勖l # 线整编耩系统镧雩# 多爨体影程节嚣，魏入羁电筏编辑静行 烈中寒，电裰这季孛太众信怠传撵帮娱乐媒贪将诺霸臻线性编辑菝术嫒终走商生产帮清 费的统一【2 1 。 1 1 1线性缩辑与非线性编辑的本质嚣别 线性编辑和菲线性编辑的本质区别在于视频信息存储的祥式( l h ep a t t e r no f i n f o r m a t i o ns t o r a g e ) 。用“线性”描述磁带存储视频是因为它可以精确的描述信息足 如何存储在磁带上的：信息的第一粥分存储在靠近带头的位置，信息的最盾部分位置 存储在靠近带尾的位置，信息的中闯部分，按照先后顺序摊列串行的存储在信息的籀 一部分和螽后部分之闻，以便于从头至i 尾的鼐放。短然，信息的存诸样式和接受信息 的顺序密切相关，阏此将磁带编辑系统称作为线陛编辑系统( l i n e a re d i t i n gs y s t e m ) ， 节楚铺 乍者通过走带、衡带在磁带上来酉寻我要麓的场景，记下对褐。然看在编辚控 制器的控制下，通过走带机构将有用的场景组编在一起，十分浪费时间。用非线性这 术语描述数字硬窳存褚褫频，是瓣为它可以壤一豁捩翰瑾意义上绉述在数字硬盘上 信恩的存储样式：在数字硬盘上的信息是按照盘操作系统规则进行分配的，盘操作系 统溪建是一个软俘稷序，它可以越过可焉懿建垃叠鬣指派德惑帮i 了以记忆如何懿个 特别说明的顺序去恢复信息，即可理解为第一部分信息和最后一部分信息相邻接，或 与菠它锰锋部分倍感穗邻接，与接爱僖惫的矮痔无关。毫裁蔗凌信息静存铸徉式鞠信 息的接受样式无关。这样，将许多单独的场景片断分别存储在硬盘上，对于盘上所存 戆经俺冀凝缘可随意躜看翻修改。 模拟视频编辑系统通过编辑控制器、控制录像机及放像机的放像、倒带、快进、 誓镣、步遴零鬟援索功麓。为了接录豫撬携礁臻箨赘在某一羧主，藏甏黠每个蕈令熬视 频帧编号，一般都采用国际标准s m p t e 时间码来标识每一帧，以便将各帧区别丌来： 缡瓣对，瓣爨需要懿覆嚣瑟隧时遐褥戆壤号顺序去寻援，穆鼓豫撬素材带中夔瞬嚣片 断，按时间硒顺序记录在录像机磁带上，将素材带上的素材片断记录在录像机磁带上 鲶过程，称为复裁。这耱线性缟辑实质上是镶一定 l 陵序进行熬。这个蹶序镳辑过舔裁 是一个复制的过程。 a 线性编辑是挺录像凝、摄像枫和其他信号源寒蛉程簇、音频信号，转变为数字 信号，在经过数字压缩后存储到硬盘或光擞中，以计算机为平台，通过显示卡和声卡 把存储在暖盘或光缴中的傣号精心编辑郓特按加工处理，按操l 乍学意愿变成n 节嚣。非 线性编辑的优点是明显的：高速度、高质量、高效率、高性能价格比。非线性编辑的 系统结构如图l l 所示： 1 1 2技术优势与特点 图1 1 非线性系统结构 与线性系统相比，非线性编辑系统具有高度集成化、功能齐全、操作方便等特性， 只需外加一台录像机，非线性编辑系统就能完成一套线性编辑系统所能完成的编辑 = ： 程。具体有： 1 非线性编辑系统整个工作过程以3 2 b i t 数字量化压缩算法完成。因此视频信号处理 链路不受外界噪声干扰，没有传统模拟线性编辑过程中的噪声干扰现象发生，图 像质量高： 2 由于是数字信号的编辑，图像质量不会因设备的新旧而出现大的差别，并且具备 多代拷贝而图像质量不会急剧下降的特点； 3 制作节目快捷，高效； 4 节省时间，设备使用的寿命长。传统的视频磁头寿命为5 0 0 1 0 0 0 小时，一般硬 盘的平均无故障时间( m t b f ) 都在3 0 0 0 0 或5 0 0 0 0 小时之问； 5 ，硬件接口标准化，适应多种编辑软件，可随意制作多种数字特技，增加节目的艺 术性； 6 由于编辑系统基于计算机技术，易于构建大型甚至全球视频网络，从而使节目的 交换及素材资料资源共享成为可能： 设备体积小，便携性能好，易于挂接计算机互联网络，编辑、传输工作可以随时随地 进行。 1 2 非线性编辑系统 一般非线性编辑系统由如下几个部分组成： 1 多通道硬盘录像机和磁盘阵列 多通道硬盘录像机用来将外界送来的模拟的视音频信号进行采样、编码和压缩 最后形成特定格式的文件保存在硬盘或磁盘阵列中，一般对声音和对图像的编码要分 别进行，最后形成的文件也是各自独立的。具有同时多通道的硬盘录像机一般由相应 的接口板卡和磁盘阵列组成，其中多通道指的是硬盘录像机能够同时压缩多令视音频 节目源的数据。 磁盘阵列主要用来保存编码形成的文件，由于广播级的硬盘录像机所编码形成的 文件数据量很大，数据速率也很高，要求保存文件的设备有很高的数据吞吐能力和很 大的容量，一般的p c 机硬盘就很难胜任，使用带s c a s i 接口或光通道或火线的硬盘 阵列就成为比较理想的保存设备。 2 非线性编辑系统函数库 非线性编辑系统函数库包括编辑制作与合成的函数实现以及完成多层合并特效 的函数。它是非线性编辑系统完成编辑工作主要部件，由完成编辑工作的硬件板卡和 相关的控制软件组成。所完成的工作包括编辑和剪接和多层合成。其中编辑和剪接系 统能完成对视音频数据文件内i 帧的播映顺序的转换以及和声音文件和文本文# ：的合 成，仅支持常用的种类有限的特技效果。多层合成系统则具有多层合成和帧内编码的 能力，能够完成丰富的特技效果。一般节目的编辑制作是采用多层合成系统制作具有 特定效果的片断，生成视频文件，再由编辑和剪接系统将制作完成的复杂片断与其他 镜头和声音一起进行串编，来完成整个节目的制作。编辑和剪接系统与多层合成系统 之间通过文件方式共享节目素材，需要用户管理素材文件，经常在两个系统之间进行 切换，会影响节目的制作效率和制作效率，而且节目的修改也不方便。 3 控制终端 控制终端用来提供一个良好的人机界面，方便用户进行各种编辑的操作。一般的 线性缡辑系缓采髑c s 终籀，麦褰户端( 控铡终镄) 发送各秘缡辑指令，然磊鼹务 端( 非线性编辑系统函数库) 相应挥户端的请求，完成相成的编辑或播放的操作。 线性缡爨系绞的接式一般采瘸m j p 嚣g 戆格式，壹予m 强e g 著没窍形成绕一 的舰范或标准，各个厂商采用的格式最终怒五花八门，在数字化的综合多媒体信息系 绞中，这会成为一个羡客隧躲闽题。 1 3粗缡予系统设计的意义 1 3 + 1非线性编辑机的优点 在节臣编辑的领域内，非线性编辑机的出现极大地方便了节目编辑翎作人员的： 作，并麓板大提高傲们的工作效率。菲线谯编辑枫键供了般的菲线性编辑函数和特 技效果的函数，完成对存储在视音频节目襻储器内的节目的访问和特效的合成。 对予分布式节疆编辑系统来说，它疆供多个税啻疆节弱存锫系统，多个菲线性编 辑机，通过网络提供组节目编辑制作人员协同编辑制作的节目制作环境。其中视音 壤节鹜存麓系统提供海量存储器，并支持缀大静数据吞吐量，蔫来给多璃户提供节 目的共享。通过宽带网络，分布式的节目编辑系统完成对视音频节目存储器的共事以 及对菲线稳编辑虢躯复躅。 1 3 2增加凝编子系统的磐鬟性 增加壤编子系统的匿瓣是对采集来盼索专孝进行初步的雪；l ；选，选定需要的一段一段 的索材以便于直接编辑。除此之外，增加租编子系统还考虑了分布式节哥编辑系统的 网络带宽瓶颈问题，即视频网络系统所传输的数攒量非常大，最高效率的惯用网络资 源，尽可能避免出观网络镧赛成为了分布式节目编辑系统所必须考虑的闯题。也正是 因为如此，我们在设计分布式多媒体编磷系统的时候，提出了在将固步采集比束 的索材文件送往菲线性编辑枫进弦编辑之前，增加一个精编子系统，由节精制作入对 m p e g l 素树文件做预先编辑和审焱。 我们知道，m p e g l 称准( i s o i e c l l l 7 2 ) 主器面岛位率为i 5 m b p s 的视颓信号 的压缩编粥，它针对s i f ( 标准交换格式) 标准分辨率( n t s c 制为3 5 2 x 2 4 0 ；p a l 制 为3 5 2 x 2 8 8 ) 的图像进行压缩，每秒可播放3 0 桢灏面。它酌鹭静是把2 2 1 m b i t 秒酾 n t s c 图像压缩到1 2 m b i t 秒，压缩率为2 0 0 ：1 。使用m p e g l 的服缩算法，可以将一 都1 2 0 分锈长静电影压缩羽l 。2 g b 左右1 3 l 。两m p e g 2 标准是一个针对3 - - 1 0 m b p s 1 2 酶数据传输搴割定的蘧覆羹瓣豫秘声音编鹳挥准，援供较广的范萤改变压缭比，以逶 应不间画面质量、存储容量和带宽的幕求。m p e g 2 可以将一部1 2 0 分钟长的电影愿 缭到4 8 g b ( 它提 荚靛是我 f j 逶鬻掰凌懿d v d 爵艨) 。 我们的分布式非线性编辑系统嗣时支持m p e g l 和m p e g 2 两种视频标准，对两 耪标准掇式麴鼹；| 耍节嚣教辎网鲍缡瓣操馋，为熙户缀供瑟耪标准掺式蠡勺援矮节基。所 以，粗编子祭统设计的主要目的还怒为了节约网络带宽，针对码率较低的m p e g l 见 频节晷进行鞭先的编辑操 乍，露码窭毫款m p e g 2 裁频节爨由我们的a 线瞧编辑极根 据幽粗编予系统生成的e d l 文件做相应的编辑操作。 震要避一步强调的是，进行德缡辑操份鲍m p e g l 积m p e g 2 豢材文件是由分 布式多媒体编辑系统中采集子系统通过同步采集得到的文件素材，它们必须是严格 的帧同步的。 1 3 3 粗编予系统的功能需求分析 在分布式多媒体编辑系统内，节目制作人是系绞功能的提出者和使用者。节目 | j 捧人对耀编予系统静功麓需求，决定了我们鹣设计器求。我们豹繁甄翻 乍入需要一个 远獠的、易于操作的、根据自身意愿编辑的粗编子祭统。所以我们的粗编子系统主臻 实鬻了良一f 戆功能绦侔： 1 浏览选定的綮材 撬频鞭务器为羧编子悉统提供了特缓辚戆赘强索毒孝，第藿裁俸入在遂潺淤楚这些 素材片断。浏览过稔中，节目制作人根据自己的爱好做出诸如暂停、停止、快进和快 逯熬操 乍。 2 节目制作人编辑 节嚣铡佟大奁浏蹩躲过壤中黠感兴趣鼹素糖避雩亍截袋、率缡，圈时可以浏览晕缡 詹的节目。浏览过程中，节目制作人可以取消不满意的操作，直到最终满意为止，需 要强调的是，节基刳 乍人审查懿编姆结果羚不在系绫中生成一个帮的文传，两只是供 节毯制作人审查时浏览。 3 。隧热功能匏编辑 节目素材编后审查回放的过程中，节目制作人可以根据自己的要求为编辑后的视 频素捌、文件搬上配密翻字黎。 4 e d l 文件的生成和传送 节目制 乍人编辑的每一步操作瓤将迎最在e d l 文件中( e d l 文件格式如表4 一 1 ) ，粗编子系统将节目制作人最终确认e d l 文件提交给接纳控制服务器，最后e d l 文件并同m p e g l 和m p e g 2 素材上传非线性编辑机。 。 1 4项目和论文的安排 本人在硕士研究生的攻读期间，查阅了大量的技术资料，仔细研究了相关的多媒 体非线性编辑开发工具，在此基础上，参与了分布式多媒体编辑系统的研制与开发， 承担并完成了分布式多媒体编辑系统中粗编子系统的开发设计工作。本文的贡献在 于： 1 参与了分布式多媒体编辑系统的总体设计，完成分布式多媒体编辑系 统中的粗编子系统的设计和功能实现，包括开发了应用于编辑的视频播放器：实现 基本的编辑功能，如剪切和串编；设计增加一些附加的编辑功能，如配音和字幕；完 成了对编辑结果的处理。 2 在实现基本编辑操作的任务时，采用了种视频编辑的新思路。这种新思路 主要体现在，对素材文件进行编辑操作过程中，剪切下来的素材片断和串编后的编辑 结果都没有以文件的形式存在于硬盘之上，而是在实际编辑过程中，采用标记的方式 记录着编辑操作，通过一个t i m e l i n e 时间线模型将这些编辑标记整合起来，实现对编 辑结果的浏览。 3 深入研究了d i r e c t s h o w 技术和视频编辑技术，并开发了基于g r a p he d i t 的附 加功能滤波器，完成字幕功能编辑。 粗编子系统的设计划分为四个功能模块：一是视频播放子模块，主要是实现视频 素材的播放和快进快退功能：二是素材编辑子模块，包括多个m p e g i 视频节目片断 的截取、串编；三是附加编辑子模块，这个模块完成了许多附加功能，如配音、字幕 等等。四是网络通信子模块，包括素材文件的下载、e d l 文件的上传和与接纳控制 服务器之间的报文交互过程。这四个模块的划分依据和具体设计将在后续章节中进一 步的论述。 论文结构分为两大部分，前半部分主要是一二章，主要介绍分布式多媒体编辑 系统的总体结构和粗编子系统的功能，其目的是让读者对系统构成有全面的认识， 同时对粗编子系统在整个系统中的位置以及要实现的功能有初步的了解。后半部分， 即三四五章则重点论述了粗编子系统设计中的功能模块设计思想方法和具体实现过 程。 以分布式多媒体节目制作为应用背景，本文第二章介绍了分布式多媒体编辑系统 蕊铬结构季瑟六个主要瓣子系绞，蓦三章分绍了基予嚣囱对象技术懿系绞浚诗方法以及 设计非线性编辑模块时用到的方法，第四章讨论了糨编子系统的设计，第五章阐述了 粳缡予系统瓣模块设诗翻其誊錾数实瑷方案。 第二章分布式多媒体编辑系统 在传统的电视台节目制作播出系统中，视频信号的采集、编辑、存储程播放都采 用模拟方式，这种系统存在许多不尽人意的地方，其主要问题是： 1 管理困难 随着时间的推移，存放在录像带上的节目和资料会越来越多，人工查找、维护为 数众多的录像带，会变得越来越困难。而且，不同单位交流节目时，用交换录像带的 方式，即耽误时间又不方便。 2 处理效率低 在查找节目素材时，必须使用编辑机反复快进或倒退录像带，使得节目的编辑制 作非常耗时，而且录像带反复快进或倒退还影响录像带质量。 3 保存困难 录像带数量急剧增多，保存需要大量空间；而且由于录像带本身存放时间一长会 出现退磁现象，使得录像带存放的节目图像质量明显下降。 为了克服以上困难，构建数字化和网络化的节目制作系统已经成为大势所趋。近 年来，随着网络技术的进步，特别是高速宽带网络的日渐成熟，分布式的节目编辑系 统也一步一步地走上舞台。我们实验室研制的分布式多媒体编辑系统就是宽带网 络技术和多媒体通信技术的结合，它适应了人们在宽带网络上对于多媒体信息进行管 理、制作、检索、攫取和交互点播等方面的需求，能够大大提高相关人员的工作效率。 它实现了多媒体信息内容的采集、数字化、编辑、存储、传输与分发一体化，构筑了 一个宽带多媒体信息平台，为传统产业数字化提供了样例。 分布式多媒体编辑系统从功能上划分成为以下的几个子系统： 1 素材采集子系统 2 素材选取予系统 3 粗编子系统 4 配音子系统 5 后期制作子系统 6 输出子系统 因为功能不同，各个部分的软件和硬件配置都有各自的特点。总体结构示意图如 图2 1 所示。 1 6 图2 1 分布式多媒体编辑系统结构示意图 分布式多媒体编辑系统中各个子系统的功能简述如下： 1 素材采集子系统 采集素材子系统的功能就是采集两种格式的节目素材。对同一个节目源，需要采 集相同内容的m p e g l 和m p e g 2 文件。m p e g l 文件主要用来提取关键帧和上传给粗 编子系统，网络上传送的主要是此格式的数据流。提取关键帧主要是为了素材选取的 时候加快浏览速度和节省网络带宽。m p e g 2 文件是供最后编辑剪切合成用，然后上 载到视频服务器。 素材采集是多媒体节目制作的第一步。素材的来源是多种多样的。根据实际情况， 素材的来源可阱是模拟的信号，如普通电视节目、以前使用录像带保存的节目、模拟 摄像机摄下的信号：也可以是数字化信号或文件，如通过卫星传送的视音频信号、 d v d 光盘、v c d 光盘、或其他来源的m p e g 文件或其他格式的文件。 在系统中，图像、声音信号的采集用数字压缩技术，采集到的节目以文件形式存 储在计算机硬盘上。由于计算机支持随机访问，因此在编辑节目时，编辑人员可以方 便地从任意图像帧切入，容易实现非线性逐帧编辑。而且数字信息的存储可以避免因 退磁理象蒂袋筑图缘矮量下蹲。 2 素材选取子系统 素挂选取子系缝戆晷戆是健运端或本媲瘸户方便地在爨年积累起来的大型资誊喜 库中搜寻和截取自己感兴趣的素材。它可以查询节目文字信息和关键帧信息，并根据 查键所撂售患铁视频服务嚣提取节爨对应鼓m p e g i 文件的片断在客户端遴行播放菇 敝到暂停到帧的选掭，最后根据选撵的m p e g l 的节目片断将对应的m p e g 2 文件的 片蹶传输到编辑枫或远端。 素材选取的时候，客户端采用w e b 浏览的方式，从礤面上浏髓节目信息。用户 根掇查询到的节目文字信息，可以避一步嚣关键帧信息和m p e g l 的节目。若用户霈 要浏览关键帧，则单击该节目的关键帧链镄，下载对应的关键帧图片，进行浏览。若 用户需要攒放节目的m p e g t 文件，则单击链接后，建立越与视频服务器的r t p 连接 并谪起客户端的播放嚣，边下载边播葳。瀚户根据关键喷或m p e g l 的节秘来选择节 目片断，系统将选择信息传送到粗编子系统。 3 租编子系绕 粗编子系统的功能及设计目标是使本地或远端的管理员方便的根据自己或客户 的需要，对一系瓢酌m p e g l 素事手文俘进行编辑热工，最终生成一个标记编辑两容的 文件一e d l 文件，一旦确怒，则将生成的e d l 文件通过接纳控制服务器传送到非线 性编辑骞毛，以完藏节强翡焱后制佟。j 醒稳编辑飘依据e d l 文件对裙应 宅m p e g l 和m p e g 2 视频素材进行精度更高的编辑加工。 4 髭蠢子系统 有些索村可能需要配啻，所以系统必须提供配啬子系统。配音也是一个比较费时 阍熬过程。酝音人员嚣要按照待醚音懿藕搏，连行配音，必要静时候还要进行修改。 当然在粗编子系统中也可以实现素材文件的配音操作。但粗编予系统的配音操作 仅 又是为了审片露准备黟。 5 后期制作予系统 攫握糕缡懿缝暴，透露最后懿编辑合成，生成相应懿节嚣。藤嚣款所有工作都蹙 为了进行后期的合成与制作，最终得到一个唯一的编辑结果。 6 。戆窭子系统 最后编辑成功的节目提交到视频服务器，或送往v o d 系统供用户点播。 壹上嚣豹分掇可以季滋，分布式多媒传编辑系统鲍每一个予系缀，邦有必要 配溉成多人并行工作的模式，各个制作单位可以统计复用前面单位的制作成果，以适 应赢效率王俸的需要。 邋过宽黪网终i 莲行苇曩潮 睾，可墨充分裂霜现鸯躲宽豢网络技本，支撩较大型躲 节目制作的项目，方便对各个部门工作人员的配置。由于在系统的节目制作的各个单 元之阕传递瓣全部都是数字辱 二的售号，对节基质量够进行蘸好款傈护。 本文将在第四章和第五章中详细说明粗编子系统的功能设计。 1 9 第三章面向对象和基于组件的系统设计方法 面向对藩的系统分析方法已经被证明对人们解决复杂问题起到了的卓有成效的 作粥。并够有效赡。基予缀 孛静系统分孝厅方法剐在面离对象的鏊硝上大大进一步疆 供了软件复用，分椎式对象计算和企业级应用程序开发的技术。我们采用了基于组肄 豹系绞分聿厅和设诗，艇够旋离我稍精确把巍多媒体节嚣截 肇这样静复杂闻惩，提高系 统的质量和运行的稳定性，并使系统能够具有很好的延展性。 本章褥讲述瑟岗对象移基予缝传懿系统分幸厅方法，著具体讲述其中的一种比鞍漉 行的方法- - c o m d c o m 和一种基予c o m 组件的开发工具- - d i r e c t s h o w 。它是我f f ： 以藤对系绞疑分叛秘浚诗弱主要按术。这些菠术不仅是瀛行豹多媒体软件开发拄本夔 必备工具，趸是设计和实现粗编子系统功熊的基本工具。 3 1系统分析与设计方法简介 系统分析与设计的方法面向的应用很多，我们这里讨论的主要是和我们项目开发 有关的软件应用程序的开发方法。 软件开发是对问题求解的过稷。按照软件工程学对软件生命闫期的划分，软昝牙 发过程包攒分析、设计、编程、测试和维护等主要阶段。从认识论的角度嚣，整个软 件开发的过程又可珏归结为两项主要的活动：人们对所要解决的闽题及相关事物煎0 、 识和基于迭种认识所进行的描述。 旱耨的软件开发面辐豹闯题比较简单。从认识清楚要解决的问题，虱穗这种认谤 用程序表达出来，对于能力较强的程序员还不是太难的事。随着计算机应用领域自甭 广，问题酌复杂牲急尉膨胀，系统的规模和复杂发空前扩太，软件玎发的难度墨空载 增大，这种情形的出现，促进了软件工程学的形成与发展。大型软件系统的丌发臣务 镬往需要包括分析、设诗、编程、测试、维护在内豹一整套软箨工程弱霆论写拔_ 宅涔 系。 传统蠡句较箨工程方法楚在蘑溺对象静方法出戮以蓊静备静软件工程方法。下蘑萄 单介绍传统的软件工程方法中的代表：结构化软件工程方法“。 结梅纯获释工程方法包含蠡下滟死个帮分： 1 需求分析 软释王程学中翡需求分李厅其畜嚣方瑟翁意义。在认识豢物方瑟，它需要提爨一套 谈识蠲遂酶方法、露裂帮策旗，帮麓开发入爨全瑟、涤亥l 恧窍效的认识瑟簧莓舅究翡波 题。在描述鬻物方面，它要提供一套表达体系和文档规范，来准确表达面对的问题和 事携，更接近予后麓戆开发除段。 2 总体设计和详细设计 在总 奉设计阶段，以裁求分析躯缝票隽窭发点毒每造一个其体的较俘系统设诗方 案。主要是决定软件的模块结构，包括决定模块的划分、模块建的数据传送及调用关 系。详缨设计是在总体设计泌基础上考虑每个模块的走部缨梅及算法，最终产生每个 模块的程序流程图。 经过总体设计鞠详细设计，开发人员对闽题的认识积攒述愈来愈接近予软件系统 的其体实现了。 3 。编程与测试 编程阶段，耍利用种编程语言产生一个能被及其理解和执行的系统，这是人装 涉足软件工程的第一块领地，技术也最成熟。测试楚发现和抖 除程序中的锚误，最终 产生一个正确的系统。但是所谓“正确”怒相对的，因为现在还没有哪种测试方法隧 保证找尽程序中的所有错误。 4 软件维护 软件维护阶段的工作由两种情况：一是对使用巾发现的错误进行修正，而是因需 求敏生了交仇两进行修改。 在面向对象的软件工程方法出现以前，传统的软件工程的方法起了巨大的历史咋 嗣，但是不可否试，传统的软件工程方法穗存在穰多的萄隈性。 首先，传统的软件工程学中的需求分析对问题的认识和描述不是以问题域中固有 翡攀扬捧为簇本荤像，并缣特它们鹣原貔，箍是打壤了各臻事稳之滴匏赛黻，在全弱 范围内以功能、数掇或数据流为中心来进行分析。这样的分析结果不能直接映射问题 城，丽是翌过了不弱程度豹转纯和熬耨缀合。这样静方法鸯荔隐藏对润题豹理簿绱蔫， 与后续开发阶段的衔接也比较困难。 冀次，传统弱较佟工程方法中设诱+ 文辚缀难与分褥文秘对应，它为玖分享厅至l 设汁 的过渡带来了较大的困难，从而很容易因理解上的错误而埋藏下隐患。另外，设i 十文 档与阉题域懿本来嚣羲遣桶差褥受远，傻疆| 睾受镄难透过这些文踏季至润熬域褥本寒 面貌。 最羞，扶绫程、溅试帮维护善，鑫于分瓣方法德竣赣 羹容易产生对润慧域翁误勰， 而分析与设计得鸿沟很容易造成设计人员对分析结果得错误转换，造成程序员往往需 要对分毒厅受霹设计燕已经谈谈过戆事姥遘行重毅试谖，荠产生与魏蜘不霜熬理缌。由 于瑷解润题豹漳褥，逸会蹙褥镬误懿复杂化，霾羲袋醵变傀惩更改程序时，也会存在 初次开发的那些困难，并且又增加了理解每个阶段原有文鹣的困难。 骶商这些懿蜀限，都为瑟超对象鲍方法提供了薅豢毒蕊麴蠖鉴。 3 。2亟内对象酾基于缀件的设计方法 3 2 1嚣囱对象的软馋工程方法概述 面向对象的方法从8 0 年代后期开始出现，现在仍然怒十分活跃的研究领域。面 向对象的方法是一种由运潮对象、类、继承、封装、聚合、消袁、传送多态性等概念 来构造系统的软件开发方法。它包括面向对象的分析，面向对象的设计，丽向对象的 编程和面尚对象的测试以及面向对象薛较件维护等主要内容。 l 。面向对象的分析0 0 a o o a 强谚直撩针对阐遂域中容菠存在的事物设立o o a 模警中豁对象。丽对象的 属性和服务分别描述事物的静态特征和行为。问题域有那些值得考虑得露物，o o a 摸篷中藏有郡些对象。焉艇对象褥驻务帮命名都强灞与客溪事麓致。冀舞，o o a 模溅也保留了问题域中事物与事物之间关系的原貔。这包括以下几个方面：把具有相 阂耩往窝稳丽l 菠务蕊对象麴结为类：瘸一般一特豫结稳摇述一般类与将豫类之润熬关 系( 继承关系) ；用整体一部分结构描述攀物之间的组成关系；用实例连接和消息连 接糖述事镄之阕鹳静态联系积动态联系。 由此，我们可以看到，o o a 模型可以保留问题域中雄个事物和事物之间关系的 嚣貔，没有热鹾转矮、援籍，逛没有打破原有熬赛隈两耋鬻组合。鼹良o o a 模型韪 很好的映射问题域。 另乡 ，o o a 对霹蹙域兹鼹察、分毒野鞠诀谈是攫壹接翁。它蹶采用懿援念及术语 与问题域中的事物保持了最大程泼的一致，不存在语言上的鸿沟。 2 。甏定对象黔没诗o o d o o a 是针对问题域运用面向对象的方法，建立一个殷映问题域的o o a 模型，不 考虑与系绞鲍具体实现毒关鲍困豢( 铡摇采用什么绩程逶富、图形用户爨囊、数搬库 等等) ，从而使o o a 模型独立于具体的实现。o o d 则是针对系统的一个具体的实现 运鼹耍囱对象的方法。其中包摄谜方面的工作，是把o o a 模型奁接搬到o o d ，不 经过转换，仅作必要的修改和调熬；另外是针对矮体实现中的人机界面、数据存储、 任务管理镶素补充些与实现有关的部分。它们与o o a 采用相同的表示发和模型结 构。 o o a 与o o d 采用一皴的表示法是面向对象的分析与设计优于传统的软件 = 程 方法的重要因素之一。这馊撂扶o o a 到o o d 不蠢在转捩，只有缦竭部戆修改鼓调 整，并增加几个与实现有关的独立部分。因此o o a 与o o d 之间不存在传统方法中 分柝与设计的鸿沟，二者紧密叛接，大大辫低了从o o a 过渡到o o d 数难度、工作 量和出错率。 3 。面向对象的编程 面向对象的编程是面向对象的方法从诞生、发展到走淘成熟的第一片领地，也是 使颟向对象的软件开发最终落实的熏要阶段。理想蛉面向对象的开发规范，应要求盔 o o a 和o o d 阶段对系统需要设立的每个对象类及其内部卡勾成( 满性与服务) 与外部 关系( 结构与静态、动态联系) 都达到透彻的认识和清晰的描述，而不是把许多问题 遗留给程序员去重新考虑。程序员需要动脑筋的工作主要悬使用具体裔勺数据结构来定 义对象的属性、用具体的谮言来实现服务流程图所表示的算法。 面向对象酌编程产生的程序能够紧密对应o o d 模型；而o o d 模型中的一部分 对应o o a 模型，其余部分的对象类对应与实现有关的因素；o o a 中的全部对象和类 都对应润题域静事物。这撵的对或关系不假提高了开发工作静效率和质量，而且对以 后的维护工作具有更长远的意义。 4 ，面向对象豹测试 对于用面向对象技术开发的软件，在测试过程中继续运用面向对象技术，进行以 对象概念为中心静较箨嚣试。 采用面向对象技术开发的软件含有大缀与面向对象方法的概念、原则和技术机制 有关豹语法秘语义信息。褒溺试过程中发糖并利用这些信