【独家】基于AVS的高清新闻制播共享发布平台

文/新疆克拉玛依市广播电视中心电视台  丁照文

摘要：本文从研发、应用等角度，详细阐述了基于AVS的高清节目制播系统，包括非线性编辑系统、节目制作网络系统、编解码、传输以及解码设备等。

关键词：高清非线性编辑系统  AVS视频封装 高清网络化制播  存储系统

1 引言

随着信息技术的迅猛发展，信息传播的方式正在发生质的改变，传媒行业也面临着深刻变革，“多样化、网络化、数字化、异构化、高清晰化”成为当今传媒行业变革和发展的趋势和主题。面对新的激烈竞争，广电的发展必将呈现统一网络一体化运营趋势，基于全新的计算机技术的全功能应用的新奥特“高清新闻制播共享发布平台”应运而生。

高清节目内容制作已经成为了高清数字电视产业链发展中的重要一环，采用全方位的高清节目制播系统、全流程的文件制播存储网络设计，一定会极大地推动我国高清数字电视制播的发展。

2 高清新闻制播平台建设目标

基于AVS的高清新闻制播共享发布平台，需要充分利用多路多内核（CPU）技术、多线程技术、CPU指令优化技术、内存通信优化技术等的先进性和计算优势，实现高效、实时的AVS视频编解码器，并实现与高清非线性编辑系统、高清视频服务器系统的整合，从而构建基于AVS的高清新闻制播共享发布平台。支持节目的收录、回传、编辑、包装、上载、储存管理、节目直播等功能，同时支持国内自主知识产权的AVS标准。

高清新闻制播共享发布平台能够满足以下内容制作环境：电视台日常新闻节目制作、电视台新闻类专题制作、节目后期合成；节目包装，例如频道整体形象设计包装，片头、广告、MTV等制作；节目的前期配音(声配画)、后期配音(声配画)；节目的审片、打包送播出的应用；演播室节目回录(硬盘录相机)，比如制作节目集锦；数字电视广播(DVB)节目平台的内容加工。

3 高清新闻制播平台系统构架

3.1 方案技术路线

基于AVS的高清新闻制作共享平台系统采用高性能、多功能、大系统、全系列的技术理念进行设计，通过对计算机CPU和GPU的运用，进行深入研究和优化，以达到优等性能。同时，在设计方面，保证上层相对独立，多系列产品采用同一上层编辑软件，在I/O或硬件特技引擎方面可以更加灵活，支持多种硬件板卡，保证了产品的灵活配型和长期的发展战略需要。这一点与国外主流产品相同，不同于其他国内产品过度强调功能简化小型化的单一走向。

在产品系列化方面，采用通用的PC为平台，可以灵活地配置系统，可以低成本地升级系统平台，可以选用大量的第三方插件，可以方便地组构各种网络应用系统。从纯软件非编、普及应用级非编到高端综合应用型非编，配置齐全；同国外产品相比，灵活性更大，顺应IT发展，提升性能所需的成本更低；与国内产品相比，则是从高端到低端产品更为齐全。

3.2 总体设计

平台的总体设计图如图1所示。

（1）视音频处理引擎为以下组件提供统一的支持平台：视音频解码管理、视音频同步管理、视音频混合、多线程预解码管理、视音频缓冲区的管理和调度、视音频编码支持、视音频输入输出管理、HD的支持（HD/SD软件变换、硬件变换）、流媒体支持。

（2）特技引擎为以下组件提供统一的支持平台：特技核心算法的封装(采取开放式的总体架构，支持第三方特技插件)、三维加速渲染引擎(使用GPU)、二维特技渲染模块(使用CPU)、滤镜特技、扫换特技。

（3）字幕引擎为以下组件提供统一的支持平台：字效静态渲染、各种图元制作、字幕动态播出特技算法(图像处理)、非编中各种类型字幕素材的接口处理。

（4）核心底层 SDK主要为微软、Matrox、SONY、Panasonic、AVS、DRA提供的基础SDK进行统一的封装，对上面的应用层和接口层提供基于DirectShow和COM级别的开发包。

（5）应用服务层提供采集管理、录制管理、编辑、特技管理、字幕应用、设备管理、打包合成、输入输出管理、配音管理、审片管理、播出管理、流媒体服务模块。

（6）上层应用层主要针对不同的应用环境，提供完整的流程化应用程序，包括：综合制作系统，例如后期制作、专题制作等；新闻快编系统；前期配音，后期配音；素材上载、采集(手动采集、批采集、重采集，单一码流采集、双/多码流采集)；DVD制作出版；审片系统；后台打包系统；自动化集群演播系统。

3.3 主要功能模块

3.3.1 数据结构模块设计

数据结构模块主要定义了非编系统工程文件的结构，非线性编辑系统的工程序列对象结构如图2所示。其中，非编工程序列中的视频轨道对象结构如图3所示，音频轨道对象相似；视频轨道对象中的工程视频素材对象结构如图4所示，音频素材对象相似。

3.3.2 视音频编辑引擎

视音频编辑引擎是一个统一的非编的处理核心引擎，在这个引擎中，包括了以下组件。

（1）公共基础模块

实现COM对象的创建和管理、通用的音频格式转换函数、通用的帧间插值和场间插值函数、通用的色彩定义和处理函数、通用的色彩空间变换函数、基于CPU的视音频特技核心算法。

（2）ClipReader

读取各种封装格式的视音频格式，例如AVI、WAV、MXF、MOV、WMV、MGF、自定义的字幕格式等。

（3）ClipWriter

创建各种封装格式的视音频格式，例如AVI、WAV、MXF、MOV、WMV、MGF、自定义的字幕格式等。

（4）视音频编解码模块

这个组件用来实现各种压缩格式的视音频编解码器的创建和管理，支持的格式有AVS、DRA、DVCAM411、DVCAM420、DVCPRO25 411、DVCPRO50 422、MPEG-2 I帧、MPEG-2 IBP帧、MPEG-2 D10、MPEG-4等。

（5）视音频特技模块

包括特技插件的实现、特技实例的创建和管理、特技渲染流程的实现，视音频特技类型包括视频运动、视频滤镜、视频扫换、音量控制、音频滤镜、音频扫换等，所有类型的特技从实现模式上分为GPU特技和CPU特技。

3.3.3 非线性编辑系统

（1）输入输出模块

该系统支持多种不同的硬件板卡引擎，包括IEEE 1394接口、Blackmagic Design Decklink系列板卡、Matrox DSX系列板卡。针对每种输入输出设备，都实现了设备配置、采集控制（输入）、录制控制（输出）。

（2）资源管理器模块

用来管理非编系统的所有硬件、软件资源，包括Buffer管理、硬件配置管理、Direct3D设备管理、视音频Codec的枚举启动和编码解码管理、所有CPU/GPU特技的枚举启动和渲染流程管理、视音频处理任务的管理、视音频同步的管理。

（3）流控制模块

用来读取硬盘介质、输入设备、内存中的视音频RAW数据，并把这些视音频数据传送给其他的处理任务，如编码、解码、特技处理、多层混合等。

（4）FilterGraph的管理模块

在该系统中，系统的功能是由多个FilterGraph来最终实现的，包括视音频合成、素材采集、打包合成、MediaFileReader等功能。图5给出了应用层、接口层、引擎层、FilterGraph层的关系。

（5）渲染任务管理调度模块

对于每一帧，素材线程将逐个察看素材读取任务，根据其中记录的素材文件和帧数到素材Cache库中寻找，如果找到，则拷贝到任务的surface中，然后设置任务完成事件。如果未找到，则找到相应的AVFileReader，并且让它解码那一帧，解出帧被拷贝到Cache库中（按标准尺寸裁剪变换后的画面），然后拷贝到任务的surface中，然后设置任务完成事件。 完成了一帧的素材任务，就扫描下一帧的素材任务，直到没有素材任务为止。这已经相当于预读N帧了，但完全是任务驱动的，也利用了Cache库。对于每一帧，把所有渲染任务的各级前导任务（包括素材读取任务）的完成事件统一列入一个数组，由一个WaitForMultipleObjects等待；任何一个事件发生时，通过在数组中的Index和另外一个同顺序的盛放等待任务指针的数组找到对应的等待任务，并WaitForMultipleObjects(0)查看该任务的前导任务事件表是否都完成了，如果都完成了，即执行该任务（任务执行完后，把前导任务都释放，并发出信号表示自己的完成事件）；执行线程持续等待，直到最后的混合任务完成。然后把混合的画面打上时间戳并拷贝给IO和LiveWindow模块。如图6所示。

3.3.4 上层应用模块

上层应用模块由几个部分组成：主框架窗口；对系统操作命令的封装，包括对Undo/Redo的管理；特技插件的管理和调度，对神笔A8字幕插件的管理、接口和调度；工程浏览器面板对工程所有资源的管理；非编系统与Auto.NET网络管理系统的接口；序列播放窗口、片段监视器窗口的管理；采集控制面板、系统工具条面板、故事板输出控制面板、特技调节面板、调音台控制面板、快捷键定制面板、素材导入面板、配音功能面板、系统设置面板。

3.3.5 GUI模块

GUI模块提供了统一风格的用户交互界面的一些基本组件，例如列表框、按钮、浏览器、时码线、面板窗口、对话框、浮动窗口。

3.3.6网络交互模块

网络交互模块包括两部分：网络素材登记、网络工程文件管理。

3.3.7 字幕插件接口模块

字幕插件接口模块实现了与神笔A8字幕插件系统的接口，字幕插件是通过动态加载的方式调用的。所有关于字幕的接口实现在字幕插件中。可以直接在非编系统中创建、删除、修改各种类型字幕素材，如静帧字幕、特技字幕、多层字幕、唱词字幕、手绘动画、滚屏字幕、动画字幕，实现字幕的就地编辑（在故事板上展开的空间直接进行编辑）、根据模板替换、字幕素材的简单编辑、对字幕文件进行HD/SD上下变换等。

3.3.8 新型设备接口模块

新型设备接口模块主要用来支持各种新型基于IT技术的外围设备。例如SONY的XDCAM、XDCAM HD，PANASONIC的P2、P2 HD设备，包括实现基于这些设备的超实时的素材上载、下载等。

4 结束语

新闻类节目是各个电视台更新频率最高的节目，而建设一套高质量的高清电视节目制播网络平台，为电视节目的高质量、高效率制作提供良好的技术平台是电视台的迫切需求。当前，先进电视技术的发展已经为“高清时代”的来临铺平了道路，以“高度清晰”为主要特征的“新视觉革命”已势不可挡。

2006年1月1日，自CCTV正式通过亚洲四号卫星向全国启播一条收费高清电视频道以来，中国各个省市电视台随即展开了如火如荼的高清制播网建设，目前，80%以上的省台均开始或已经完成高清制播网的建设和改造。

基于AVS标准的全方位高清节目制播系统、全流程的文件制播存储网络设计，对我国高清数字电视产业、音视频产业、视听产业和文化创意产业具有重大意义，同时将极大地推动我国高清数字电视制播技术的发展。

本文刊登于《广播电视信息》第7期

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