（计算机应用技术专业论文）基于转码技术的远程节目传输系统的设计和实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 节目素材是广播电视的灵魂，是电视媒体数字化网络化的源动力和重要 内容。随着数字化的进程不断加快，各电视台之间对节目素材特别是新闻素 材的共享和及时交换的需求也越发明显。远程节目传输系统主要为异地的多 个节目制作单元间提供一个节目交换的平台。利用远程节目传输系统，可极 大提高电视台新闻报道的时效性，并利用传输系统所获得的丰富节目资源， 全面提升电视台各类节目的数量和质量。 本文在分析数字电视的发展历史和当前节目传输技术的现状的基础上， 首先指出了研究远程节目传输系统的意义。 接着，在分析媒体资产管理系统对节目素材管理的特点基础上，针对当 前节目传输技术的不足，提出了建设先转码再传输的远程节目传输系统，并 认真分析了用户对系统功能的需求，简单介绍了系统涉及到的相关标准。 在此基础上，本文对远程节目传输系统的主要业务流程和数据流进行了 分析，建立了系统的功能模型，然后又对远程节目传输系统进行了总体功能 结构设计，将系统划分为八个功能模块，对系统的体系结构，物理结构以及 运行环境进行了分析，并详细设计和实现了系统的功能模块。 此外，本文还对数据传输原理进行了研究，介绍了本系统t c p 、f t p 方 式传输的实现过程，对系统开发过程中的关键技术进行了分析，并针对系统 特点，采取了相应的实施方案。 最后，本文对研究内容进行了总结，并展望了进一步的研究工作。 关键词：视频转码：节目传输；s o c i t ；t c p i p ：f t p 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s tr a c t t h ep r o g r a m m em a t e r i a li sn o to n l yt h es o u lo fb r o a d c a s t i n ga n dt v , b u ta l s o t h ed r i v ea n dm a j o rc o n t e n to fd i g i t a la n dn e t w o r ko ft v - m e d i a w i t ht h e i n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e c h n o l o g y , t h er e q u e s tf o rs h a r ea n di m m e d i a t e e x c h a n g eo fp r o g r a m m em a t e r i a l s ( e s p n e w sm a t e r i a l s ) b e t w e e nd i f f e r e n tt v s t a t i o n si sb e c o m i n gm o r ea n dm o r eu r g e n t t h er e m o t ep r o g r a m m et r a n s m i s s i o n s y s t e mm a i n l yp r o v i d e sap r o g r a m m e e x c h a n g i n gp l a t f o r mf o rr e s p e c t i v el o c a l p r o g r a m m e m a k i n gu n i t si nd i f f e r e n tl o c a t i o n s w i t ht h eh e l po ft h i ss y s t e m ，t h e t i m e e f f e c t i v e n e s so ft vn e w sr e p o r t i n gc a nb ei m p r o v e d ，a n dt h eq u a n t i t ya n d q u a l i t yo ft vp r o g r a m m e si nv a r i o u ss t y l e sc a na l s ob ep r o m o t e dt h r o u g ht h ef u l l u s eo fa b u n d a n tp r o g r a m m er e s o u r c e s b e g i n n i n gw i t ht h ea n a l y s i so ft h eh i s t o r yo fd i g i t a lt vd e v e l o p m e n ta n dt h e e x i s t i n g c o n d i t i o no fp r o g r a m m et r a n s m i s s i o n t e c h n i q u e ，t h e t h e s i s f i r s t l y h i g h l i g h t s t h e s i g n i f i c a n c e o f m a k i n g r e s e a r c ho nt h er e m o t ep r o g r a m m e t r a n s m i s s i o ns y s t e m t h e n ，a f t e rt h ea n a l y s i so ft h em a n a g e m e n to fp r o g r a m m em a t e r i a l sb ym e d i a a s s e tm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h et h e s i sp o i n t so u tt h ew e a k n e s so ft h ec u r r e n t p r o g r a m m e t r a n s m i s s i o n t e c h n i q u e ，a n dp r o p o s e s t oc o n s t r u c tar e m o t e p r o g r a m m et r a n s m i s s i o ns y s t e mi nw h i c ht h ep r o g r a m m em a t e r i a l sa r et r a n s c o d e d b e f o r et r a n s m i t t e d ad e t a i l e da n a l y s i so fc o n s u m e rd e m a n df o rs y s t e mf u n c t i o ni s t h e nc o n d u c t e d ，f o l l o w e db yab r i e fi n t r o d u c t i o no fr e l e v a n ts t a n d a r d si n v o l v e di n t h es y s t e m b a s e du p o nt h ea b o v er e s e a r c hw o r k ，t h et h e s i sg i v e sas y s t e m a t i ca n a l y s i so f t h em a j o ro p e r a t i o nf l o wa n dd a t as t r e a mo ft h er e m o t ep r o g r a m m et r a n s m i s s i o n s y s t e m ，a n dt h e ne s t a b l i s h e st h ef u n c t i o nm o d e lf o rt h es y s t e m f u r t h e r m o r e ，t h e s t u d ym a k e sag e n e r a lf u n c t i o n a ls t r u c t u r ed e s i g nf o rt h er e m o t ep r o g r a m m e t r a n s m i s s i o ns y s t e mt od i v i d et h ew h o l es y s t e mi n t o e i g h tf u n c t i o n a lm o d u l e s ， w h i c ha r ep r e c i s e l yd e s i g n e da n dr e a l i z e dt h r o u g hac o m p l e t ea n a l y s i so ft h e f r a m ec o n s t r u c t i o n ，p h y s i c a lc o n s t r u c t i o na n dr u n t i m ee n v i r o n m e n t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l l 页 m o r e o v e r , t h et h e s i sa l s om a k e sr e s e a r c ho nt h ep r i n c i p l eo fd a t at r a n s m i s s i o n ， w i t had e t a i l e di n t r o d u c t i o no ft h ep r o c e s so ft c pa n df t pr e a l i z a t i o n t h ek e y t e c h n i q u e si nt h ed e v e l o p m e n to ft h es y s t e ma r ea n a l y z e d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n g i m p l e m e n tp r o j c o t sa r ea l s op r o p o s e db a s e du p o nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es y s t e m f i n a l l y ，t h et h e s i sd r a w sac o n c l u s i o no nt h er e s e a r c hf i e l da n dt h es t u d y a c h i e v e m e n t s ，a n df u r t h e rt og i v es u g g e s t i o n so nt h ef u t u r es t u d y k e y w o r d s ：v i d e ot r a n s c o d i n g ；p r o g r a m m et r a n s m i s s i o n ；s o c k e t ；t c p i p ；f t p 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 数字电视的发展历史 随着广播电视数字技术的迅速发展以及广播电视行业体制的深化改革， 各地电视台广播电视设备和系统正向着数字化，网络化的方向发展。为推进 我国有线电视数字化进程，加快建立有线数字电视技术新体系，根据广播 影视科技“十五”计划和2 0 l o 年远景规划，广电总局近日制定了我国有 线电视向数字化过渡时间表，根据该时间表，到2 0 0 5 年，我国直辖市、东 部地区地( 市) 以上城市、中部地区省会市和部分地( 市) 级城市、西部地 区部分省会市的有线电视完成向数字化过渡；到2 0 0 8 年，东部地区县以上城 市、中部地区地( 市) 级城市和大部分县级城市、西部地区部分地( 市) 级 以上城市和少数县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡：到2 0 l o 年，中 部地区县级城市、西部地区大部分县以上城市的有线电视基本完成向数字化 过渡；到2 0 1 5 年，西部地区县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。 因此，在我国，由模拟电视广播转向数字电视广播还需要一个较长时间的过 渡期，在这个过渡期内一般采用模拟和数字同步的播出方式，但是用数字电 视播出取代模拟电视播出已经是不容置疑的发展趋势。2 0 世纪9 0 年代初， 中国电视媒体数字化开始进入电视台的节目制作系统，从更换录像机到建立 数字编辑系统，发展到演播室系统的数字化，最后是中心系统的数字化，最 终形成电视台内整体性的数字系统布局。经过短短十余年的发展，国内各级 电视中心经历了从数字岛到非线性编辑，从模拟分量录像机到全数字录像机， 从模拟磁带存储到光盘、数字磁带以及网络化存储，从机械手自动播出系统 到硬盘全自动播出系统，已基本形成技术系统的整体数字化网络化格局。 数字化给电视媒体带来的显著变化主要表现在如下几个方面： ( 1 ) 采用信号压缩技术可显著提高频谱利用率，传输一路模拟电视的带宽可 以传送4 l o 路数字电视电视节目。 ( 2 ) 采用信道编码调制可提高信号的传输质量，信号抗干扰能力大大增强。 ( 3 ) 采用数字技术可大大改善电视节目的保存质量和复制质量，理论上可进 行无数次复制和长期保存。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( 4 ) 利用数字处理技术产生各种眼花缭乱的特技形式，增强了节目的艺术效 果和视觉冲击力，使节目的娱乐性和观赏性大大增强。 ( 5 ) 采用数字编码方法，便于实现加、解扰技术，使电视的个性化服务和特 殊服务在实际中得以方便的实现。 ( 6 ) 采用数字技术，电视、计算机、通讯业务在电视系统中融合成为可能， 拓展了电视媒体产业的市场广度和深度。网络化使传统的、个别的、孤立的 资源有机地结合在一起，极大地提高了生产力，创造了全新的工艺流程。计 算机、多媒体技术与数字电视技术相结合产生了非线性编辑和虚拟演播室等 系统，网络中的几个终端可以同时制作同一节目的不同段落，传统的电视节 目制作串行工作方式改为并行工作方式，大大提高了工作效率。在向数字化 前进的过程中，数字化存储和播控的改造首当其冲。基于硬盘或光盘的数字 存储设备和高自动化的数字播控系统必将取代现有的以机械手，磁带机为主 的播出系统，成为数字化有线电视网络的节目输出节点。数字存储播出按照 功能结构可以划分为节目采集系统、节目存储管理和节目播控系统，分别完 成以下功能：节目的数字化输入和编辑、数字化存储与管理、多路数字视音 频信号的复用和播出。目前基于硬盘的存储播出系统在国内各地市级电视台 已经普遍使用，数字化、网络化的发展已经基本上实现了制作播出数字化和 局部的网络化。存储播出系统大量采用了m p e g 一2 编码解码技术、大容量磁 盘阵列存储技术( r a i d ) 和高速网络传输技术等领先技术，为用户构建数字 化电视平台、提高播出的安全可靠性、有效实现资源共享、平稳实现频道和 节目量拓展提供了保证。虽然在电视台技术系统的有一些环节已经数字化， 但是在个缺乏网络化的环境中，必然造成节目在不同的系统中多次的转移 或者转换，多处输入输出，既浪费时间和资源，也对信号质量造成很多的损 耗。因此网络化是实现电视媒体变革的关键。媒体资源管理系统是一个数字 电视网络化基本平台，远程节目传输系统是节目素材交换和传输平台。媒体 资源管理系统将全台各个节目制作、播出及管理等子系统，采用可传输多种 信息的宽带网拓扑成一个大的局域网，再利用远程节目传输系统实现台内与 台外的网络之间互相联通，从而实现整个电视网络的联合。 1 2 节目传输技术的现状和发展趋势 电视新闻是电视台节目的主体，电视新闻节目重时效、讲深度、求质量、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 多信息、善于抓拍重大时政新闻，群众关心的社会热点新闻。电视新闻的报 道面越来越广，常常融地区、省市、全国和国际新闻于一体。这种形势引发 了对于新闻节目和素材的共享和及时交换的大量需求。另外随着各级电视台 之间、电视媒体与其他媒体之间的竞争日益激烈，专业电视台对新闻时效性 的要求越来越高。其中异地新闻采编和紧急事件的应急新闻采编是各电视台 主要节目来源。但是异地新闻采编和紧急事件的应急新闻采编时间紧任务重， 路途遥远，这类新闻远程采编需要电视台投入大量的资金和人力物力。目前 各大电视台之间的节目交换和新闻远程采编的解决方案多以人工送片、卫星 传输、光纤传输为主。以上方案明显的缺点在于成本高、需要专用线路，这 在一定程度上制约了新闻交流和远程回传的发展。成本更低、管理使用更加 简便的交流方式将更加符合电视台远程节目传输的需要。对于需要满足低成 本、高效率、时效性的远程新闻采编传送需求，目前还没有完善的解决方案， 特别是基于i p 网络的方案少之又少。广电领域的a v i t 产品的发展趋势必然 向i t 产业其它产品一样，遵循着单机应用局域网应用互联网应用的 模式。 1 3 本论文的研究意义和研究内容 节目素材是广播电视的灵魂，是电视媒体数字化网络化的源动力和重要 内容。随着数字化的进程不断加快，电视台将会积累越来越多的各种类型的 节目素材。为了避免节目的重复制作，各电视台之间对节目素材特别是新闻 素材的共享和及时交换的需求也越发明显和强烈。但是以人工送片、卫星传 输、光纤传输为主的节目素材交换成本高、投入大，在以一定程度上制约了 节目交流和共享的发展。 众所周知，i n t e r n e t 是目前世界上分布最广、使用最方便、使用成本最 低的网络。如果能够利用i n t e r n e t 进行电视新闻的传输，以上问题将会迎刃 而解。本文中实现了一种基于互联网应用模式的转码传输的远程节目传输系 统，传输可以采用t c p 方式传输数据也可以采用f t p 方式传输数据，传输前 可以先在本地对高码率素材转成为低码率的w m v 9 格式，再将转码生成的低码 率文件传输到服务器端，服务器端对接收到的素材转码还原成为高码率格式。 相对于高码率的专用线路( 卫星、专网) 传输方案，在本系统中采用w m v 9 中间格式转码传输，不仅降低在传输转码过程中对素材质量造成的损失，而 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 且对网络带宽的要求很低，大大节省了存储空间。利用远程节目传输系统， 可极大提高电视台新闻报道的时效性，并利用传输系统所获得的丰富节目资 源，全面提升电视台各类节目的数量和质量。 在本文中主要做了以下工作： 1 ) 分析了数字电视的发展历史，研究了当前数字电视节目的传输技术和 发展趋势，介绍了媒体资产管理系统的基本概念和远程节目传输系统中涉及 到的几个标准，分析了远程节目传输系统和媒体资产管理系统的关系。 2 ) 认真深入分析了用户对远程节目传输系统的需求，并针对目前远程节 目传输技术的不足，给出了一个先转码再利用网络进行传输的节目传输方案， 然后探讨了远程节目传输系统的总统框架、功能模块，并介绍了系统的体系 结构、系统的物理结构和运行环境。 3 ) 浅析了系统开发过程中所采用的几项关键技术，包括组件技术、x m l 数据交换技术和转码技术。 4 ) 讨论了本系统中数据传输的原理以及t c p 传输方式和f t p 传输方式的 实现，对系统的组件接口进行了详细的设计，并提供了与媒体资产管理系统 的数据交换接口，列举了系统服务器端和客户端的设计实现和运行实例。 1 4 本章小结 本章首先介绍了数字电视的发展历史和发展趋势，分析当前节目传输的 技术的现状和发展趋势。接着介绍了远程节目传输现在所面临的问题，并提 出了论文所研究的远程节目传输系统解决方案应该俱备的特点，最后简要讨 论了论文要进行的主要工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第二章远程节目传输系统与相关标准 节目素材是广播电视的灵魂，是电视媒体数字化网络化的源动力和重要 内容。实施远程节目传榆系统可以极大提高电视台新闻报道的时效性，并利 用传输系统所获得的丰富节目资源，全面提升电视台各类节目的数量和质量。 本章首先对远程节目传输系统进行了简单介绍，然后介绍了媒体资产管理系 统和系统与媒体资产管理系统的关系，最后介绍了远程节目传输系统中的几 个相关标准。 2 1 远程节目传输系统概述 节目素材是广播电视的灵魂，是电视媒体数字化网络化的源动力和重要 内容。有线电视数字化网络化的目的是为了给电视观众提供内容丰富、画质 优良、方便快捷、更加个性化的节目内容。近年来，省级以上电台、电视台 制作，播出设备己逐步数字化，又相继建立t t f 编网、硬盘播出系统或m p e g2 一体化制播网。中央和各省数字卫星电视全面开播，从中央到各省市广播电 视光纤传输网全面开通。到目前为止，广电的数字化、网络化仅限于制作、 传输和播出环节，仍未涉及到信息发布和信息服务等环节，如交互式电视、 视频点播、节目资源共享等。 远程节目传输系统，主要指用于实现异地的多个节目制作单元间节目交 换的系统。这里的节目制作单元可以是个电台、记者站、节目制作公司、 外派节目组等形态。和以往采用卫星、微波、视频广电光缆不同的是，这里 强调的远程节目传输系统，主要是将用户制作好的节目或者是电视台中的库 存素材采用基于数据方式通过各种网络传输途径互传。由于采用数据方式传 输，和采用基于数字网络的传输链路，节目的传输可以是双向的互动的，有 选择性的，同时可基于传输链路实现传输业务的管理，如传输记录、节目构 成分析等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 2 媒体资产管理系统简介 2 2 1 媒体资产管理系统简介 什么是媒体资产? 在这个信息爆炸的今天，信息量在不断地快速增长， 在不同的媒体上，我们随处可见各式各样的媒体信息，从文字、数字、图形 到视频、声音、地图空间数据、时间序列、影像、字处理文件、演示文稿、 电子表格、桌面排版内容以及各种程序、w e b 站点等等，这些信息内容，如 果加以合理的管理把它保存下来并且可以再利用，将成为是媒体最为宝贵的 资产，即媒体资产。 在广电领域中，媒体信息主要是视频和音频信息、文字和图片等图文信 息以及相关的管理和控制信息。电视媒体信息的产生是随着电视节目的生产 而逐步产生形成的，其最终结果是电视节目成品，而同时也产生了大量的相 关的信息，例如节目素材，相关的图文信息等。节目生产过程可以细化为策 划、素材采集( 拍摄和图文信息搜集) 、制作、播出和存储；在素材采集和节 目制作过程中产生素材、节目成品和相关的图文信息，在存储过程中产生编 目信息；而在电视媒体行业中最主要的产业是生产电视节目，所以视音频信 息就成了电视媒体信息的最主要部分。数据量大，数据关系复杂，数据类型 多，技术处理复杂是电视媒体的主要特点0 1 。 媒体资产管理系统是作为全台关键业务( 包括制作、播出、业务管理等) 的存储资料中心，也是节目交流和发布的基础平台之一。它统一管理成为资 产的音视频文件和其他文件、文件的元信息、文件之间的组织关系。它完成 并向用户提供文件资产的分类、标注索引、存储、检索、编辑、保护和分发 等功能，充分利用数据检索技术、计算机多媒体技术和网络技术，不但实现 对视音频资料的简单管理，并能更准确、高效地实现对资料的查询和再利用。 媒体资产管理系统的资料存储介质不再是传统的盒式磁带，而是包括由f c 硬盘阵列、数据流磁带库组成的分级存储系统。媒体资产管理系统能够通过 对素材元数据的检索，快速找到需要的资料文件，不再像使用传统盒式磁带 查找资料那样耗时，从而影响节目的制作效率。另外，保存在近线磁带库的 素材也不会因为多次回迁和调用而影响资料的信号质量。下图2 - 1 示了媒体 资产管理在新闻网中的应用流程： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 巳里塑缈 塞 空鋈纛爹 堕三三) ( 垂兰3 图2 - 1 媒体资产管理在新闻网中的应用流程 2 2 2 系统与媒体资产管理系统的关系 由2 1 节可知，远程节目传输系统指要用于实现异地的多个节目制作单 元间节目交换的系统。各电视台利用远程传输系统可以很方便地实现节目的 共享和交流。而媒体资产管理系统主要是对全台媒体资产的制作、播出和存 储进行管理，它主要管理的对象是节目的音视频文件和其他相关的文件信息。 媒体资产管理系统是电视台节目发布和交流的基础平台，而远程节目传输系 统是电视台节目素材的来源和交流平台，两者的相结合将会实现整个电视网 络的联合。 2 3 相关标准 由于远程节目传输系统主要是对电视节目音视频文件的传输，而音视频 文件信息量巨大，通常在视频文件制作过程都采用某种视频压缩标准对文件 进行压缩。当前主要流行的视频压缩标准有：m p e g 标准系列( 包括m e p g 一1 ， m p e g 一2 ，m p e g 一4 ) ，w m v 标准，h 2 6 4 标准。电视节目原始素材都是m p e g 系列标 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 准格式的文件，在本系统中先采用w m v 压缩标准对节目原始素材进行压缩， 然后利用网络传输协议进行传输。下面对本系统中涉及到的些压缩标准和 传输协议进行简单介绍。 2 3 1m p e g 标准 m p e g ( m o v i n gp i c t u r ee x p o r t sg r o u p ，运动图像专家组) 标准是国际 标准化组织i s o i e c 下设的一个制定动态视频压缩编码标准的组织。自从1 9 9 8 年成立以来，该组织已为视频压缩编码技术制定了一系列的标准。目前视 频压缩标准主要有：m p e g 一1 、m p e g 一2 、m p e g 一4 标准。 一m p e g 一1 视频压缩标准 m p e g - 1 视频是为了适应在数字存储媒体( 如c d - r o m ) 上有效地存取视频 图像而制定的标准。c d r o m 驱动器的数据传输率不会低于1 5 0 k b s ，而容量 不会低于6 5 0 m b ，m p e g 一1 算法就是针对这个速率开发的。m p e g 一1 标准支持s i f ( s t a n d a r di n t e r c h a n g ef o r m a t ，标准交换格式) 图像输入格式。s i f 格 式的输入图像有5 2 5 6 2 5 两种格式，即3 5 2 2 4 0 3 0 ( 代表图像帧频为3 0 ， 每帧图像的有效扫描行数为2 4 0 行，每行的有效像素为3 5 2 个) 和3 5 2 2 8 8 2 5 ( 代表图像帧频为2 5 每帧图像的有效扫描行数为2 8 8 行，每行的有效 像素为3 5 2 个) 。压缩后的视频图像约为c c i r 6 0 1 标准所定义分辨率的1 2 ， 压缩后的数据率为1 2 3 m b s ，因此可以实时播放存储在光盘上的数字视频 图像。 m p e g 一2 视频压缩标准 m p e g - 2 标准详细地叙述了数字存储媒体和数字视频通信中图像信息的 编码描述和解码过程中。该标准支持固定比特率传送、可变比特率传送、随 时访问、信道跨越、分级解码、比特流编辑及一些特殊功能( 如：快进播放、 快退播放、慢动作、暂停和画面凝固等) 。m p e g 一2 视频标准与i s o i e c l l l 7 2 2 向前兼容。 m p e g 一2 视频体系的视频分量的位速率范围大约为2 1 5 m b s 。m p e g - 2 视 频体系要求保证与m p e g 一1 视频体系向下兼容，同时应力求满足数字存储媒 体、可视电话、数字电视、高清晰电视( m d t v ) 、通信网络等领域的应用。其 分辨率有低( 3 5 2 2 8 8 ) 、中( 7 2 0 4 8 0 ) 、次高( 1 4 4 0 1 0 8 0 ) 、高( 1 9 2 0 1 0 8 0 ) 等不同档次，压缩编码方法也从简单到复杂有不同的等级。 m p e g 一2 视频压缩编码的视频数据结构是分层的比特流结构：第一层为基 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 本层，该层可以独立被解码：其他层称为增强层，增强层的解码依赖于基本 层。视频数据结构的编码比特流包括视频序列层、图像组块层、宏块层和块 层。视频序列从视频序列头开始，后面紧跟着一系列数据单元。当系列头中 包括有序列头函数及序列扩展函数时，m p e g 一1 i s o i e c l l l 7 2 2 规范不再适 用，而只适用m p e g 一2 1 s o i e c l 3 8 1 2 2 规范。在视频序列头中，有逐行隔行、 帧图场图等编码扫描方式和帧类型( i 帧、p 帧、b 帧) 。为了提供随机访问 的功能，在编码比特流中可有重复序列头出现，而重复序列头只可以在i 帧 和p 帧前面出现，不能在b 帧前面出现。i 帧可以解决视频序列的随机访问 问题“。 m p e g - 4 视频压缩标准 m p e g 一4 是一种高效的压缩编码标准，它将众多的多媒体应用集于一个完 整的框架内，为不同的性质的视、音频数据制定了通用、有效的编码方案，其 最低编码率为5 6 4 k b s 。m p e g 一4 标准在设计上试图达到两个目标：一是低 比特率下的多媒体通信；二是多行业多媒体通信的综合，主要有通信业、计 算机业、消费电子业和影视娱乐业等。利用m p e g 一4 可以进行网络上视频信号 的传输以及使多媒体系统更具交互性和灵活性。 m p e g 一4 视频编码标准支持m p e g 一1 、m p e g 一2 中的大多数功能，可提供不 出视频标准源格式、码率、帧频下的矩形图像的有效编码，同时也支持基于 内容的图像编码，即能够按视频内容分别编码和解码。例如，一个场景由几 个视频对象组成，用户可以对这些对象分别进行解码和重建。 m p e g 系列标准的比较 m p e g 一1 直接针对1 2 m b s 的标准数据流压缩率，其基本算法对于每秒2 4 3 0 逐行描帧，分辨率3 6 0 2 8 0 ，运动图象有很好压缩效果。但随着速率 的提高，解码后图像质量较差，并且它没有定义用于对额外数据流进行编码 的格式。 m p e g 一2 力争获得更高的分辨率( 7 2 0 4 8 6 ) ，提供广播级视频和c d 级的 音频。作为m p e g 一1 的一种兼容型扩展，m p e g 一2 支持隔行扫描视频格式和其 它先进功能。m p e g 一2 以可扩展档次的形式来定义，每个档次支持一种特殊应 用所需的功能，因此它是一种通用标准。但是m p e g - 2 标准数据量依然很大， 一部影片的数据量大到8 g 字节左右，不便存放和传输。 m p e g 一4 视频格式大大优于m p e g 一1 与m p e g - 2 ：视频质量与分辨率高，而 数据率相对较低。主要的原因在m p e g 一4 采用了基于对象的编码技术，可以使 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 用很低的数据率。这可以将整部视频电影以完全p a l 或者n t s c 的分辨率与立 体声( 1 6 位，4 8k h z ) 存储在单个c d r o m 上。具体而言：7 0 0m b 的容量对多 数l l o 分钟的电影来说绰绰有余了，而m p e g - 2 格式的电影在相同的分辨率下 需要约1 l 倍以上的储存空间。当m p e g 一2 的数据率加倍至接近真正的特性时， m p e g 一4 可以在声频与视频流上在广泛的领域上升级。当视频在5k b i t s 与 1 0m b i t s 之间变化时，声频信号可以在2k b i t s 与2 4k b i t s 之间进行处 理。由于这种可升级性，声频与视频数据可以经专门调整适应真正的环境。m p e g 一4 视频格式有利于网络中的传输。 2 3 2w m v 标准 所谓w m v 格式，是在微软公司的w i n d o w sm e d i a 核心的a s f ( a d v a n c e d s t r e a mf o r m a t ) 格式上升级延伸而来。w m v 是一种数据格式，音频、视频、 图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传 输，实现流式多媒体内容发布。w m v 最大优点就是体积小，因此适合网络传 输。 w m v 9 是微软开发的视频压缩技术系列中的最新版本，与h 2 6 4 一样，都 是高性能的视频编解码标准，区别在于前者是软件霸主微软的独门绝技，而 后者是真正的国际标准。实验数据表明，同样是2 小时的h d t v 节目，如果使 用m p e g 一2 最多只能压缩至3 0 g b ，而使用h 2 6 4 、w m v 9 这样的高压缩率编码 器，在画质丝毫不降的前提下都可压缩到1 5 g b 以下。另外影片的静止画面和 运动画面对压缩采样率的要求是不同的。如果始终保持固定的比特率，会对 影片质量造成影响。w m v 9 支持v b r 编码方式( v b r 是v a r i a b l eb i tr a t e 一 可改变之比特率) ，能够很好解决影片的静止画面和运动画面对压缩采样率的 不同要求吲。 2 3 3t o p l p 协议 t c p i p 是i n t e r n e t 所采用的进行网际互连的通讯协议，包括了工作在 不同层次上的网络协议：i p 互连协议、t c p 传输控制协议、u d p 用户数据报协 议、a r p 地址解析协议、r a r p 反向地址解析协议。应用层协议包括f t p 文件 传输协议、s m t p 简单邮件传送协议、t e l n e t 终端协议、h t t p 超文本传输协 议等。 t c p i p 是一种对计算机通讯数据进行打包和寻址的标准方法，它把数据 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 分成若干个小数据包，并给每个数据包加上特定的标志。当数据包到达目的 地后，去掉其中的i p 地址信息，并检查数据是否有缺损。然后，再将各数据 包重新组合，还原成原来的数据文件。另外，t c p i p 协议还提供了良好的不 同种类计算机之间进行互连的能力，而且在各种计算机网络和操作系统上都 可以实现，因此在i n t e r n e t 上得到了广泛的应用。 网络通讯既可以是面向连接的，也可以是面向无连接的。面向连接的协 议( 如t c p ) 只有建立连接后，才能传输数据。无连接协议( 如u d p ) 则不用先建 立连接。协议服务可以是可靠的( 如t c p ) ，也可以是不可靠的( 如u d p ) 。可靠 意味着当数据通过协议传递时，协议保证数据的正确传输。不可靠协议则不 能确保数据的正确传输。 t c p i p 协议的核心部分是t c p 和u d p ，i p 和物理层”。这三层通常在操 作系统内核实现。用户通过应用程序使用这些协议。应用程序对这些协议的 调用通过编程界面。编程界面有两种形式：内核直接提供的系统调用和以库函 数方式提供的各种函数。t c p i p 环境下的应用程序是通过网络编程界面即套 接字s o c k e t 来实现的。其关系见图2 2 所示。 应用程序1应用程序2 3 3 s o c i ( e t e r c p i p 核心协议 j 物理介质 图2 2t c p i p 协议核心与应用程序的关系图 2 3 4f t p 文件传输协议 文件传输协议( f i l et r a n s f e rp r o t o c o l ，f t p ) 是t c p i p 协议族提供 的把一个文件从一个主机传送到另一个主机的标准机制( r f c 9 5 9 ) 。f t p 传输 协议采用的是客户服务器模式，在客户和服务器之间利用t c p 来建立连接， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 它在客户与服务器之间建立两个t c p 连接，一个连接用于数据传送，另一个 用于控制信息( 命令与回应) 8o 把命令和数据传送分开会使f t p 传输更加 有效。 f t p 传输的基本模型如图2 3 所示。客户端由三部分组称：用户接口， 客户端 服务器 图2 - 3f t p 客户n 务器模型 控制进程和数据传送进程。服务器则由服务器控制进程和数据传送进程组成。 控制连接建立在控制进程之间，数据连接建立在数据传送进程之间。 t c p 是一个面向连接的协议，在数据被传输之前，客户机和服务器之间 的通信话路己经被建立。因此在整个f t p 通信话路建立期间，连接始终是活 动的。下面的特性保证了f t p 的可靠性。1 ： 流量控制 因为在数据包传输期间，客户和服务器共同参与，所以任何数据包溢出 和丢失的潜在可能都被完全消除。 确认 发送数据的计算机期待目的机的确认a c k ( a c k n o w l e d g e m e n t ) ，这种确 认可以证实目的机确实成功地接收到了数据包。 重发 如果在指定时间内，发送方没有接收到确认( a c k ) ，就假定数据包己经 丢失或损坏，然后重发该数据包。 定序 所有的数据包被编号并且顺序发送以保证接收方知道如何组织数据。 校验 = 里习型 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 所有的数据包都含有校验以保证数据的完整性。如果在传输期间，数据 在某处被损坏，则校验可指出接收的数据与发送的数据不同。 2 4 本章小结 本章首先对远程节目传输系统进行了简单介绍，接着介绍了媒体资产管 理系统和系统与媒体资产管理系统的关系，最后介绍了远程节目传输系统中 的几个相关标准，如m p e g 、w m v 视频压缩标准以及系统所采用的传输协议 t c p 和f t p 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第三章系统总体设计 远程节目传输系统主要用于异地紧急新闻采编回传和电视台之间的节 目的共享和交流。本章首先对系统的传输业务和传输业务管理进行了现象的 认真分析，然后详细介绍了系统的总统功能框架和主要功能模块设计，最后 介绍了系统的物理结构争运行环境。 3 1 系统的需求分析 远程节目传输系统主要是将用户制作好的节目或者是电视台中的库存素 材采用基于数据方式通过各种网络传输途径互传，其主要用途是用于异地 紧急新闻采编回传和电视台之间的节目共享和交流。用户对此的需求主要分 为两类：一类是传输业务的需求，一类是传输业务管理的需求。 3 1 1 传输业务的需求 远程节目传输系统主要适用于异地紧急新闻采编回传和电视台之间的 节目共享和交流这两个场景。 1 ) 异地紧急新闻采编回传 异地紧急新闻采编回传通常都会受到各类媒体的广泛关注，是各电视 台主要节目来源。但是这类新闻往往是在一些极端情况下的报道，例如针对 突发的自然灾害( 暴雨、洪水等) 的报道，恶劣的条件使得电视媒体的紧急 新闻采编、回传成为各级电视台新闻部在新闻条目收集、制作方面的瓶颈。 在传统的异地紧急新闻采编、回传流程中，“时效性”是和电视台人力物力 的投入成正比的，动用卫星车、转播车的时效性和新闻质量固然最佳，但其 昂贵的资金投入和大量的记者、编导等工作人员的投入对于各级电视台来说 都是庞大的支出。对于异地新闻、应急新闻采编来讲，传统流程的瓶颈在于 节目素材的传输过程，现有的流程大致分为租用卫星车、人工传递、邮递等 三种方式，如下表3 - 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 表3 - 1 现有异地紧急新闻采编回传方式 序号操作方式效率投入 质量局限性 租用卫星车：实时效率最高，极大，卫星车成本好，直价格昂贵， 将拍摄的信号发信号回传到 高，租用价格昂播投入巨大， 送回电视台台内后立刻 贵，还需租用卫星最重要的新 l 开始后期制 讯到，人工投入闻才考虑使 作 搭，需要专人维护 用 系统设备 人工传递：专门人 较低，对交较大，投入成本于好，原如需连续的 员将拍摄素材送 通状况的依电视台和现场的始素新闻报道则 2回电视台 赖非常大距离相关材，画需不停的往 面无损返， 失 邮递，将素材带从 最差，时间 较少，邮递费用好，原效率极低， 现场邮寄回电视长 始素只适合时效 3 材，画性要求不高 面无损的新闻带4 作 失 由表3 一l 可知，方式一和方式二投入成本过高，而方式三虽然成本低， 但效率极低，由此可知现有的异地紧急新闻采编回传方式不适合对时效性要 求非常高的应急新闻和常规的异地新闻制作。采用基于网络的传输方式回传， 成本低，效率高，符合异地紧急新闻的时效性要求，但是异地紧急新闻的 节目原始素材都是采用m p e g 一2 标准的高质量素材，这种原始素材信息量巨 大，对当前的网络来说负载过大，传输的效率很低。因此需要在原始素材回 传前对素材进行转码，将其转为适合网络传输的格式，然后电视台对接收到 的转码后的素材进行还原，编辑和审核后播出。 2 ) 台间节目素材交换 电视节目越来越成为社会生活中最重要的内容之一，普通人的大多数信 息都是通过电视节目获取的。电视台每天都要采集、加工、发布许多信息， 而对电视台自身来说，每天又有比发布的信息更大量的信息需要处理，包括 为生产发布信息而需要的管理和运营信息。从某种角度来说，电视台自身处 理信息能力的高低，决定了其电视节目在社会上的受关注和受欢迎程度。另 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 外电视台的区域分布广，各省不仅拥有自身的电视台，各地、市、县甚至各 镇都有自己的电视台。这就造成了各电视台之间的节目信息的重复制作，从 而导致资源的浪费。为了避免节目的重复制作，各电视台之间对节目素材特 别是新闻素材的共享和及时交换的需求也越发明显。虽然各电视台基本上都 已经建设完或正在建设适合自身电视台的媒体资产管理系统，但是各电视台 之间的节目的交换受到节目原始素材信息巨大的限制，大多都是采用磁带的 方式进行交换，这种交换方式不仅不适合电视台的数字化进程，而且成本高， 操作不方便。这就要一种直观、有效的传输方式来促进各电视台之间节目的 共享和交流。 3 ，1 2 传输业务管理的需求 远程节目传输系统的业务主要是派外记者和电视台之间的节目传输业 务以及各电视台之间的节目交换业务。电视台拥有各种各样性质的节目素材， 媒体资产管理系统通过节目素材的元数据信息对这些节目素材进行管理、检 索和分类。节目素材的元数据信息包括素材的来源、素材的内容描述、素材