基于互联网的DCP端到端自动分发方法与实现

张海悦 刘知一 王木旺

中国电影科学技术研究所(中央宣传部电影技术质量检测所),北京 100086

1 引言

面对我国电影市场新型放映模式不断涌现的现实,影院除了主流2K 专业放映影厅外,又相继出现了CINITY 影厅、中国巨幕影厅、IMAX 影厅,以及近年来纳入国家管理的点播影院等放映模式。不同的电影放映模式遵循不同的制作标准,例如:专业影院使用的DCP遵循标准源于数字电影倡导组织(Digital Cinema Initiatives,DCI)发布的 《数字电影系统规范》,点播影院放映DCP 则是遵循《点播影院暂行技术规范》。除此之外,不同的电影放映模式,所采用的音、视频放映和还原方式也不同,例如:CINITY 放映模式采用高达120FPS 的帧速率、广色域放映技术等。这些不同放映模式的数字电影数据包 (Digital Cinema Package,DCP)并不通用,一个影院如果有主流2K 专业放映厅和CINITY 影厅,则需要接收2种格式的DCP；如果既有2K 专业放映厅,又有CINITY、中国巨幕和IMAX 影厅,则需要接收4种格式的DCP。

面对不同放映模式和不同格式的DCP,当前电影市场绝大多数采用的拷贝分发方式为邮寄硬盘,已有部分放映设备厂商可以支持网络分发方式,但仅限于使用自身品牌的设备。这意味着对于负责分发影片的发行商或制作商而言,如果想实现基于网络进行影片分发,可能需要针对不同的放映设备使用不同的传输工具、不同的分发操作流程。

针对上述情况,本文希望提出一种较为安全、高效的端到端分发方法,可以满足电影分发过程中不同的发行方、制作方以及放映方需求,并兼容不同品牌设备,帮助发行方提升分发管理效率,帮助影院增强自动化管理水平。

2 DCP基于互联网分发的可行性分析

当前的电影拷贝分发主要采用邮寄硬盘、卫星传输和网络传输等三种方式。以移动硬盘等物理媒介为发行载体进行运输分发一直是电影市场最主要采用的分发方式,但近年来随着互联网和卫星传输技术的发展,以网络和卫星作为分发方式的优势正在逐渐显现。针对以上三种分发方式,本文分别从主要成本构成、应用条件、接收流程、时效周期等几个指标进行调研分析,通过综合对比各自优势及特点,提出DCP基于互联网分发的可行性和应用方向。

如表1所示,邮寄硬盘的优势是成本可控、可靠性高,这也是其成为行业最主要分发方式的原因之一。采用该方式通常可以根据影片上映档期和硬盘容量选择一次分发多部、多个版本影片DCP,从而有效降低单部影片的分发成本。这对于单次分发容量较大或版本较多的影片,尤其是CINITY 等高新技术格式影片(单个DCP约2TB左右),在成本和便捷程度等方面具有很大的优势。但该方式主要问题是整个分发流程较繁琐且过于依赖人力。图1为邮寄硬盘分发流程,主要涉及了片源交付、拷贝、运输、导入、寄回等多个步骤,期间硬盘可能要经由发行、拷贝、快递、放映等多人之手,整个分发过程涉及大量的人工操作。

表1 当前电影拷贝分发方式主要指标对比

图1 邮寄硬盘分发流程

卫星传输具有覆盖区域广、传输速度快、可实现一点对多点等诸多优点,目前在全球已经得到了一定程度的应用。利用卫星分发影片的效率相对最高,例如在具备基础设备和非恶劣天气等基础条件下分发一部200GB的影片仅需要约6小时。但卫星传输方式需要搭建一套完整的卫星传输系统,如图2所示,包括卫星上行链路、卫星平台以及为每一家影院安装地面接收站等,并且每年需要支付高昂的卫星租用费用。

图2 卫星传输分发流程

基于互联网协议 (Internet Protocol,IP)的网络传输虽然相对卫星和光纤传输速度较慢,但具有网络覆盖广、传输损耗低、可靠性高等优势。根据实验,在20Mb/s至50Mb/s带宽网络环境下,接收几十GB 容量点播版本的DCP 仅需要几个小时,接收几百GB容量2K、中国巨幕或IMAX 等版本的DCP则需要0.5～2天左右的时间,可见基于文件传输服务形式进行网络分发是可行的。但互联网传输存在着网络延时、丢包率高等问题,并且如果使用常规的传输软件或系统进行分发,在很多环节仍然需要人为参与。

综上所述,不同的分发方式有各自的优缺点,面对当前电影行业中国巨幕、IMAX、CINITY、LED、点播等放映版本,不同电影发行放映市场可以综合考量具体分发影片特点、影院接收条件等影响因素,选择最适合自身业务需求的分发方式。本文研究对象主要针对2K、中国巨幕、IMAX 以及点播等常规格式影片分发,结合影院多种放映模式场景需求,综合考虑成本、安装部署条件等因素,认为基于互联网进行分发可行性较高,并且具有灵活、便捷、可靠等优势。同时,在互联网传输基础上,本文希望通过设计开发相应的系统和终端,实现端到端自动化分发,帮助优化整个分发流程。图3为优化后的网络传输分发流程。

图3 优化后的网络传输分发流程

3 基于互联网的DCP 端到端自动分发方法设计

为尽可能简化电影拷贝分发过程中的人工干预,实现影片DCP从分发准备到结束全流程控制与信息管理,本文基于电影拷贝分发和互联网传输特点,针对影院多种模式放映终端需求,提出了一种基于互联网的DCP端到端自动分发方法,尽可能确保整个分发过程中影片文件的安全性和完整性,保证各类影院影片放映的时效性。如图4所示,该方法在电影拷贝基础流程之上,构建了一套基于互联网的DCP端到端自动分发系统,主要由上传模块、接收模块和分发管理模块组成,实现以影片制作方为起点,以影片放映方为终点,以影片发行 (或分发)方为整体控制端,使整个电影拷贝分发流程自动化并且随时可控。

图4 基于互联网的DCP端到端自动分发架构和流程

在基于互联网的DCP 端到端自动分发系统中,上传模块由上传端和接收端组成,上传端嵌于打包服务器或具有打包功能的工作站上,根据制作方或发行方提交的上传命令,在检验DCP格式满足打包基础规范的条件下自动将文件上传至分发中心存储服务器。上传模块接收端运行于分发中心存储服务器,对DCP文件进行接收,并对接收完成的文件进行完整性与准确性校验,确保传输一致性。

在分发中心环节,分发系统以及分发中心存储设备将与分发服务保持松耦合架构,分发服务可以采用内容分发网络 (Content Delivery Network,CDN)、点对点(Peer-to-peer,P2P)等网络技术帮助提高分发效率。分发中心将对上传完成的DCP进行管理与缓存处理,将DCP 文件缓存至全国各个分发节点,影院可以从距离自己最近的分发节点获取DCP。

分发管理模块对整个分发流程进行调度与控制,为不同类型用户提供不同权限的网页端交互界面,便于维护基本信息与管理分发任务。同时,实现与上传模块和接收模块的信息交互。

接收模块嵌于影院管理系统 (Theatre Management System,TMS)或放映服务器等放映终端,将基于分发任务自动接收DCP文件,并对文件完整性和准确性进行校验,确保影片DCP 可以顺利接收、解析与放映。

4 基于互联网的DCP端到端自动分发系统设计实现

根据上文提出的自动分发方法,本文实现的自动分发系统架构如图5所示,分别设计实现了上传模块、(分发中心)上传模块校验端、接收模块和分发管理模块。

图5 基于互联网的DCP端到端自动分发系统架构图

上传模块和接收模块主要负责提供基本上传和接收服务,具备文件分段传输、断点续传、错误重传等基础性传输功能,并对传输完成的文件进行准确性及完整性校验,同时与分发管理模块进行信息交互。分发中心负责对DCP文件接收及校验,同时将DCP缓存至各个分发节点。分发管理模块包含服务器端和用户交互端,其中服务器端负责记录和返回各个模块上报或请求的数据,用户交互端以网页形式负责与制作方、发行方、影院等用户进行交互。

为了便于用户统一对上传、接收任务进行管控,且避免用户对执行程序误操作等情况,将上传模块和接收模块设计为后台开机自启动运行程序,即在设备上开启程序后将不会看到功能界面,统一通过浏览器访问系统Web界面进行查看与控制等操作。

4.1 分发管理模块

分发管理模块是整个分发系统的核心,主要提供简易、通用的网页交互端帮助用户有效开展信息维护与管理等操作,并作为服务端统一对上传模块和接收模块进行控制与信息同步。分发管理模块具体包括登录鉴权、发行版管理、影院管理、设备管理、分发管理、用户管理等6个子模块。考虑到数字电影拷贝分发流程涉及到制作打包方、发行方、影院等多种类型用户,用户交互端设计为面向不同类型用户提供不同使用权限界面,以保证数据的安全可控。

为满足对多种放映版本DCP的精准分发,分发管理模块支持设定多种放映版本选项,并以动态列表的展示方式支持快速创建任务。如图6所示,界面根据用户所选放映模式自动更新相应放映版本的DCP列表,并根据所选版本自动更新放映设备列表,已分发过的任务将标记为灰色以作提示,但也可以根据需要重新提交任务。

图6 分发管理模块创建分发任务页面

分发管理模块采用B/S模式前后端分离架构进行设计开发,实现前端 (用户交互端)与后端 (服务器端)系统相对独立且松耦合,两者通过API接口形式进行数据交互。

4.2 上传模块与分发中心校验端

上传模块根据用户指令将本地设备保存的DCP自动上传至分发中心存储服务器,整个过程支持大文件分割处理、分段传输、断点续传、错误重传等功能。为避免DCP重复上传导致各缓存节点文件版本不一致等情况,上传模块在执行文件上传前,首先与分发管理模块进行文件信息交互,判断DCP内容是否符合相关打包规范、UUID 等信息标识是否唯一等,以确保最终分发的DCP与KDM 能够正确匹配和解密。上传模块通过与位于分发中心的校验端交互校验信息,对传输完成的DCP进行一致性校验,只有校验通过后才可以做下一步分发。

分发中心环节鉴于当前CDN 技术成熟、应用普遍,具有跨运营商、跨地域网络覆盖等特点,本文初步选择以租用方式进行CDN 网络传输,帮助加速电影拷贝分发速度。

考虑到不同打包设备的操作系统及运行环境各不相同,系统将模块设计为支持Windows、Linux等多种操作系统,并打包为独立的、无运行依赖环境的执行程序,开启后将作为后台服务运行于设备中,统一通过分发管理模块进行调度。

4.3 接收模块

接收模块主要实现根据分发任务自动下载DCP至设备本地存储路径中,整个过程支持分割文件合并处理、分段传输、断点续传、错误重传等功能,并对传输完成的文件进行完整性与准确性校验。模块在接收期间,将定时上报传输状态至分发管理模块服务器端,便于用户查看进度。同时,对接收完成的DCP与初始上传时的文件信息进行再次比对,确保上传与接收文件的一致性。和上传模块相同,因放映设备各不相同,接收模块设计为支持安装于多种操作系统、无运行依赖环境,并作为后台服务运行于设备中。

5 分发效率测试

分发效率是基于互联网进行电影拷贝分发的重要影响因素之一,本文分别使用不同大小DCP,在不同网络环境下对系统进行测试,从而基本掌握不同网络环境下的分发时效周期,为后续的传输效率优化研究提供数据参考。

如表2所示,DCP分发所需具体时效需要取决于接收端网络环境及DCP大小。很明显带宽越高传输速度越快,总体来看分发时长基本可控制在1天内,这相比邮寄硬盘分发方式速度更快,而在较高的网络带宽 (如200Mb/s)下,分发速度甚至可以和卫星传输相当。此外,经测试发现CDN 技术在分发2K 版本 (容量较大)DCP 时发挥作用更为明显,相比不借助加速传输技术可以快2～3个小时。可以看出,基于互联网进行DCP分发技术成熟、效率可观,随着互联网价格不断降低,带宽不断升高,网络分发优势将更加明显。

表2 不同DCP在各网络条件下分发时长

6 结束语

面对影院信息化管理、智能化升级、多种放映模式需求,本文设计的基于互联网的DCP端到端自动分发方法,可满足2K、中国巨幕、IMAX、点播等多种电影制作发行放映体系,实现系统支持对多种放映版本影片精准分发,能够帮助简化影片分发管理流程,提升分发效率,避免多余的人力经营成本。

本文实现系统功能将不局限于此,随着行业动态变化和技术的发展,在智能化升级、传输速度优化等方面,系统将持续迭代升级,确保符合行业发展趋势,始终为行业发展服务。