多格式混编环境下视频制作的常见问题

2010-04-17于援东

电视技术 2010年8期

于援东

（苏州科技学院，江苏苏州 215009）

1 引言

目前，高、标清电视与网络电视和移动视频节目共存，数字视频制作面对的是一个多入口（使用多种标准拍摄素材，可对不同视频格式进行混合编辑）和多出口（能以多分辨力、多格式、多码率发布节目）的环境。在此背景下，数字视频的应用形式与制作方式都发生了巨大的变化，其原因来自数字环境下视频应用多样化带来的复杂性。如传统的电视广播应用（高清，标清），网络视频应用（宽带，窄带），多分辨力节目分配应用（大屏幕，小屏幕），数字视频光盘应用（DVD，蓝光DVD，多媒体）。

面对如此多元化的应用，在多格式混编环境下数字视频制作应该如何把控制作质量（从素材质量到节目质量）、如何优化工作流程、提高资源效率已成为视频制作关注的热点。笔者就优化视频制作流程和系统架构的基本问题进行了讨论。

2 应用域标准与素材质量要求

根据对图像分辨力要求的差异，数字视频被划分为数字电影、数字电视和多媒体视频等不同的应用领域。每个应用领域都制定了相应的标准，用以规范图像质量和节目的交换，如中国的标清电视（SDTV）和高清电视（HDTV）标准。为了适应不同的应用需求，在每个标准下又派生出多种视频格式。视频格式的主要内容包括通用图像格式（Common Image Format，CIF）、图像宽高比、扫描方式、基带信号码率，通用视频格式和传输标准等详见表1。

表1 数字视频应用域标准与通用格式

大屏幕显示要求的图像分辨力与移动视频小屏幕显示要求的图像分辨力、高清电视与网络播客要求的视频标准是截然不同的。因此，数字视频制作首先要根据应用目标的定位和应用领域标准选择符合标准分辨力的视频素材和制作平台，这些是确保节目发布质量的依据。由于表1中位于上面的应用领域的应用标准高于下面的标准，在制作中可以向下迁移应用，既满足上面标准的素材也能够满足下面的需求。而低于应用领域标准分辨力的素材，无论怎样上变换都不会改变最初素材的原有质量。

3 混编制作工作流程的优化

3.1 视频格式选择与编码效率的优化

在数字视频应用中，视频压缩是图像质量记录和分配的核心。要选择压缩效率高、通用性好的视频格式，前者可实现图像质量与资源效率的双优化，后者则可获得更多的灵活性和可延伸性，正所谓“压缩为先，环境为王”。

3.1.1 视频格式的选择

通用的视频格式及其应用分布见图1。DV和MPEG－2是标清电视中广泛使用的格式，而新一代的MPEG－4 AVC/H.264编码能够提供2倍于MPEG－2和早期MPEG－4格式的压缩效率，即在相同图像质量时比MPEG－2可节省50%的码流[1]，自然成为高清电视制作中的理想选择。

3.1.2 编码参数选择与压缩质量优化

在同一种视频格式中，压缩码率对图像质量的影响取决于图像分辨力、色信号取样方式以及画面组（Group of Pictures，GoP）结构等多种因素的组合，通过合理地选择编码参数，可以提高编码效率，优化图像的压缩质量。因此，需要对编码参数进行优化设置。

1）色信号取样方式的优化

在分辨力相同的情况下，4∶2∶2取样所需的比特数比4∶2∶0取样要多约30%，即分辨力同为720×576时，以4∶2∶0 方式、10 Mbit/s的速率编码一段内容与以 4∶2∶2方式、13 Mbit/s的速率编码得到的图像质量相当[2]。选择的原则是：对于位于制作链前端的视频素材存档要求留有较大的质量冗余，应选择4∶2∶2方式取样，如标清的4∶2∶2P@ML 和高清的 4∶2∶2P@HL；而作为视频节目存档则应选择4∶2∶0方式取样以提高压缩效率，如标清中的MP@ML和高清中的MP@HL。

2）GoP结构的优化

对同一种压缩编码，随着GoP结构的加长，视频压缩的效率增高而其可编辑性能降低（受帧间相关性的影响），因此用于素材阶段的视频压缩宜选择短GoP压缩，如MPEG－2 I帧和MPEG－4 AVC/H.264 I帧；而对节目存档阶段的视频压缩则相反，应选择长GoP压缩以节省占用的资源，如MPEG－2 IBP和AVC/H.264 IBP。视频压缩编码的算法、结构与码率之间的关系见图2。

3.2 制作阶段存档的优化

3.2.1 视频压缩中对最低透明码率要求

视频压缩属于有损压缩，但只要将压缩视频的码率保持在“透明质量”要求的最低码率之上，就能获得近似“透明”的转码效果。对于标清MPEG－2视频来说，采用全I帧结构4∶2∶2@ML取样时的透明码率应为40～50 Mbit/s；采用 IBIBIB 结构时，码率则为 25～30 Mbit/s；而长 GoP IBP（15 帧）结构时，码率为 12～18 Mbit/s[3]。选择其上限值能够经受5～8次编码转换，如只要求3次左右编码转换则可以放宽到码率值的下限。对于高清和多媒体视频，可参照相同编码方式的标清码率值，再按像素总量的比例关系予以增减即可。数字视频透明码率的参考值见表2。

3.2.2 制作阶段的差异与存档优化

数字视频制作流程通常包括素材采集、后期制作、节目（母版）存档、播出分配等几个阶段。不同应用阶段对图像质量冗余的要求所不同，从素材存档到节目发布存档，随着对质量冗余要求的依次降低视频存储码率可以相应减少。因此需要合理选择不同制作阶段的质量冗余和存档视频码率。

1）视频素材阶段存档

素材质量对最终节目质量的影响极大，视频制作要求视频素材具有帧精度的编辑能力和经受多次编解码处理的质量冗余，因此素材存档应注意：（1）分辨力、扫描和取样方式符合应用域的标准，4∶2∶2 方式要优于 4∶2∶0 或4∶1∶1 方式；（2）GoP 结构选择宜短不宜长，全 I帧方式要优于IBP方式；（3）视频码率不低于3或5代转码要求的透明底线码率；（4）以源码格式直接存档，以减少编解码次数，可避免不必要的图像质量劣化；（5）使用数字摄像机拍摄视频素材应首选应用领域中的主流记录格式，如标清的 DVC Pro 50，XDCAM；高清的 D5，AVC Intra和HDCAM，XDCAM HD以及数字电影的HDCAM SP等。

表2 数字视频透明码率参考值

2）视频制作阶段存档

（1）使用高质量中间编辑格式存档

为适应后期制作多平台开放性工作流程，主流视频软件商开发了基于高码率上变换的中间编辑格式，如Avid的DNxHD[3]和Apple的Pro Res[4]。其共同特点是全面支持高清和标清的各种视频格式，可利用标准AAF或MXF交换格式进行封装，在异构制作系统之间实现文件交互和视频共享，极大提升了制作效率和节目母版的输出质量。对于以高标清电视制作业务为主并需要复杂后期处理的高端用户是一种不错的选择。

（2）使用高效率通行格式存档

对于低端视频制作业务，出于对资源和成本的考虑，常以DV或HDV格式进行拍摄或收集二手视频资料作为编辑素材。面临的问题是，DV或HDV格式压缩效率较低，直接存档占用的资源过多；而收集来的资料视频又会因格式繁杂不易管理，因此选择一种编码效率高、通用性好的视频格式作为存储平台不失为明智的办法。微软公司开发的VC1（WMV）就是一种能够满足上述要求的理想格式，比较适用于以多媒体视频制作为主和低成本制作的用户。视频格式存储资源比较见表3。

表3 视频格式存储资源比较

VC1（WMV）格式拥有 3 个大类（Profile）共 10 个级（Level）的分层编码能力[5]，可满足 HDTV，SDTV 和多媒体视频的CIF，QCIF等不同分辨力的应用，码率选择范围为96 kbit/s～135 Mbit/s，具有较好的通用性。WMV格式的压缩效率是MPEG－2的2倍，DV的6倍，与H.264基本相当，具有图像质量高、占用资源少的优点。

3）视频节目存档

用于发布或播出的视频节目，宜采用长GoP结构压缩以节省存储资源。

标清或高清电视播出节目通常按照播出服务器标准存档，见表4。

表4 视频播出服务器

在计算机、网络环境中播放的视频文件，应选择系统平台媒体播放器和视频服务器平台支持的流媒体格式，存档码率要兼顾图像质量与信道带宽的平衡，流媒体发布视频格式见表5。

表5 流媒体发布视频格式

以视频光盘应用的视频节目，需要转换封装成特定编著格式发布，主流的视频光盘编著格式见表6。

4 小结

由于没有一种压缩格式或制作平台能够满足所有的制作需求，多格式混编制作将不可避免，因此在制作系统架构时要解决好开放性与流程优化的关系[6]。前者是指制作系统要能够支持最通用的视频记录格式，如DVC Pro/HD，XDCAM/HD和H.264/AVC等；同时能够支持可交换的打包封装格式文件如TS，MXF，GXF，MOV和ASF等，这样有利于实现不同系统之间的文件交换和视音频资源的共享、常用封装。后者是指要针对主要制作业务进行规划，在系统内应尽可能采用相同的压缩标准、元数据结构和存储平台，以保证制作系统内80%的视音频文件在生成、存储和传输等环节具有真正的互操作性。减少不必要的转码造成的图像劣化，这就要求有效地整合运用前面论述的基本原则，通过工作流程的改进实现制作质量和资源效率的双优化。