視頻服務(wù)器的結(jié)構(gòu)分析

摘要：本文從視頻服務(wù)器的概念、構(gòu)成、數(shù)字視音頻壓縮格式、信號輸入、存儲、組網(wǎng)技術(shù)、控制協(xié)議以及特點(diǎn)等方面，對視頻服務(wù)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地分析。

關(guān)鍵詞：視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器的數(shù)字視音頻壓縮格式，視頻服務(wù)器的存儲，視頻服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)。

隨著視頻壓縮技術(shù)的不斷完善和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，視頻服務(wù)器已廣泛應(yīng)用于電視播出系統(tǒng)，視頻服務(wù)器在多頻道播出系統(tǒng)中的全面應(yīng)用，使之成為電視臺播出系統(tǒng)中最重要的組成部分，同時(shí)，視頻服務(wù)器還具備許多傳統(tǒng)視頻設(shè)備所不具備的優(yōu)點(diǎn)，這一產(chǎn)品的應(yīng)用可大大提高電視播出的工作效率。其實(shí)，視頻服務(wù)器還具備許多傳統(tǒng)視頻設(shè)備所不具備的優(yōu)點(diǎn)，還可以開發(fā)出許多新穎的應(yīng)用方式。

一、視頻服務(wù)器的概念

視頻服務(wù)器是一種對視音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮、存儲及處理的專用計(jì)算機(jī)設(shè)備，它在廣告插播、多通道循環(huán)墊播、延時(shí)播出、硬盤播出及視頻節(jié)目點(diǎn)播等方面都有廣泛的應(yīng)用。視頻服務(wù)器采用M—JPEG或MPEG—2等壓縮格式，在符合技術(shù)指標(biāo)的情況下對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，以滿足存儲和傳輸?shù)囊?。它使用SCSI接口硬盤或FC接口硬盤作為視音頻數(shù)據(jù)的在線存儲器。具有多通道輸入輸出、多種視音頻格式接口?？膳鋫銼CSI、FC等網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)視音頻數(shù)據(jù)的傳輸和共享。

二、視頻服務(wù)器的構(gòu)成

視頻服務(wù)器是一種壓縮、存儲、處理視音頻數(shù)據(jù)的專用計(jì)算機(jī)，它由視音頻壓縮編碼器、大容量存儲設(shè)備、輸入/輸出通道、網(wǎng)絡(luò)接口、視音頻接口、RS422串行接口、協(xié)議接口、軟件接口、視音頻交叉點(diǎn)矩陣等構(gòu)成，同時(shí)，提供外鎖相和視頻處理功能。

典型應(yīng)用方案

視音頻壓縮編碼器：由于視頻數(shù)字化后，數(shù)據(jù)量很大，故要利用成熟的壓縮技術(shù)，將視頻數(shù)據(jù)在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的條件下進(jìn)行高壓縮比的壓縮，滿足存儲和傳輸要求。視頻服務(wù)器一般采用M—JPEG或MPEG—2等壓縮編碼器，用戶可根據(jù)實(shí)際情況選擇壓縮碼率和壓縮結(jié)構(gòu)，以適合于各種不同的播出場合，達(dá)到既節(jié)省硬盤空間，增加節(jié)目存儲量，又能保證播出質(zhì)量的目的。

大容量存儲設(shè)備：視頻服務(wù)器使用高速、寬帶的SCSI接口硬盤或最先進(jìn)的FC接口硬盤作為視音頻素材存儲介質(zhì)。同時(shí)視音頻數(shù)據(jù)的硬盤擴(kuò)充也比較靈活。

輸入/輸出通道：視頻服務(wù)器具備多通道輸入/輸出系統(tǒng)，使多路錄入、播放能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)接口：視頻服務(wù)器都帶有網(wǎng)絡(luò)接口，方便組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。一般視頻服務(wù)器都帶有FC和以太網(wǎng)接口。FC光纖網(wǎng)采用IP協(xié)議作為視頻服務(wù)器之間快速、實(shí)時(shí)復(fù)制和移動素材的交換網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)用于傳送控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢測的信息。

視音頻接口：視頻服務(wù)器都帶有標(biāo)準(zhǔn)視音頻接口和模擬監(jiān)視視頻接口，方便監(jiān)視各通道的視頻信號。輸入/輸出信號可以在模擬、分量和SDI中選擇。

RS422串行接口：視頻服務(wù)器都帶有多個(gè)RS422串行通訊接口，每個(gè)接口均可通過RS422通訊線由外部計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)記錄與播放。

協(xié)議接口：視頻服務(wù)器除提供各種控制硬件接口外，還提供協(xié)議接口。如RS422接口除支持RS422的Profile協(xié)議外，還支持 Louth、Odetics 、BVW等通過RS422控制的協(xié)議。

軟件接口：視頻服務(wù)器提供開放的軟件接口，供用戶或第三方廠商開發(fā)和構(gòu)建新的應(yīng)用方式。

視音頻交叉點(diǎn)矩陣：視頻服務(wù)器內(nèi)帶視、音頻交叉點(diǎn)矩陣，視、音頻通道調(diào)度靈活，同時(shí)可保證技術(shù)指標(biāo)不受損。

另外，視頻服務(wù)器提供外鎖相和視頻處理功能，方便構(gòu)建專業(yè)化應(yīng)用的視音頻系統(tǒng)。

三、視頻服務(wù)器的數(shù)字視音頻壓縮格式

數(shù)字壓縮技術(shù)，也就是通常所說的編碼方式，是視頻服務(wù)器的技術(shù)核心，也是我們選擇視頻服務(wù)器的首要考察對象。目前比較流行的數(shù)字壓縮編碼格式有M-JPEG、DV和MPEG-2，某些非真正廣播級的產(chǎn)品中還有在互聯(lián)網(wǎng)中常有的小波壓縮和MPEG-4壓縮。無論采用哪種壓縮方式，一般都對用戶提供可變的碼率，也就是當(dāng)編碼時(shí)用戶可以選擇壓縮質(zhì)量，當(dāng)然DV只能提供25Mb/s和50Mb/s兩種碼率。

1．M-JPEG

在視頻服務(wù)器剛剛開始被采用的時(shí)候，大約在3～5年前，當(dāng)時(shí)無論非編還是視頻服務(wù)器，M-JPEG幾乎是唯一的高質(zhì)量壓縮方式。所以，早期的視頻服務(wù)器產(chǎn)品基本都采用M-JPEG壓縮。

作為一種數(shù)字壓縮格式，從模擬到數(shù)字、從錄像機(jī)到硬盤，M-JPEG為我們帶來了嶄新的數(shù)字化播出手段，它把信號變成了數(shù)據(jù)，應(yīng)該來說M-JPEG壓縮技術(shù)在視頻服務(wù)器的出現(xiàn)過程中具有里程碑式的意義。M-JPEG是基于幀內(nèi)、幀獨(dú)立的壓縮方式，所以相對于后來出現(xiàn)的MPEG-2 IBP長GOP壓縮方式，它數(shù)據(jù)量更大、也更容易實(shí)現(xiàn)視頻服務(wù)器內(nèi)部的幀精度數(shù)據(jù)剪輯和變速播放。正因?yàn)檫@樣的特點(diǎn)，M-JPEG被廣泛運(yùn)用于節(jié)目制作的服務(wù)器和電視臺廣告節(jié)目的播出服務(wù)器。時(shí)至今日，還有很多電視臺的使用它作為廣告播出，因?yàn)椴还芩惺裁礃拥娜秉c(diǎn)，但它解決了錄像帶多次播出的磨損和信號衰減問題。

除后期制作、廣告播出外，M-JPEG格式的視頻服務(wù)器不能被真正大量運(yùn)用于大中型電視臺多頻道播出，真正的原因還在于M-JPEG這種壓縮方式并不是一個(gè)完全統(tǒng)一的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的編解碼器和存儲方式并沒有統(tǒng)一的規(guī)定格式。這也就是說，每個(gè)型號的視頻服務(wù)器或編碼板有自己的M-JPEG版本，所以在服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸、非線性制作網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸都根本是不可能的。同時(shí)，例如MPEG-2等新的壓縮標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，在更低的碼率下能提供更高的視頻質(zhì)量，這也加速了這種服務(wù)器的消亡。

2．DV

由于采用DV技術(shù)的新一代數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字錄像機(jī)(如，松下的DVCPRO和Sony的DVCAM等)的出現(xiàn)和大量采用，不僅為電視臺記者提供了更加小巧、經(jīng)濟(jì)的節(jié)目拍攝、制作設(shè)備，也促使視頻服務(wù)器開始采用DV壓縮格式。但因?yàn)镈V本身是一種純多媒體格式，也是幀內(nèi)壓縮方式，既繼承了M-JPEG比MPEG-2更容易編輯的優(yōu)點(diǎn)、也帶有M-JPEG數(shù)據(jù)量大的缺點(diǎn)。DV目前只支持兩種碼率：25Mb/s和50Mb/s，也有某些廠家的新技術(shù)資料宣稱將來會支持100Mb/s。DVCPRO 25的4:1:1量化、DVCAM的4:2:0量化，都不是我們真正追求的廣播級信號質(zhì)量。而DVCPRO 50的4:2:2量化盡管能提供更高的信號質(zhì)量，但數(shù)據(jù)量也是比較大的。

以DVCPRO為例，記者可以用小巧的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝節(jié)目，很方便攜帶、信號質(zhì)量也不錯(cuò)；回到電視臺后用IEEE1394接口或SDTI接口傳輸?shù)街谱鞣?wù)器或非編系統(tǒng)，最后同樣方式再傳輸?shù)讲コ龇?wù)器，不用回到視頻基帶就能完成傳輸和編輯。這種所謂的“Native DV”方式，保證了從拍攝到播出過程中好的質(zhì)量，避免在制作過程中的信號質(zhì)量損失，應(yīng)該是一種很好的解決方案。同時(shí)，SDTI還提供對DV數(shù)據(jù)的多倍速傳輸，在保證信號質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)省了大量的傳輸時(shí)間。

但同時(shí)，它的25Mb/s和50Mb/s兩種固定碼率的數(shù)據(jù)量都很大，也造成了電視臺多頻道播出所需要的視頻服務(wù)器存儲空間很大、需要很大的投資來實(shí)現(xiàn)。所以，現(xiàn)在很多電視臺都是用DV設(shè)備來拍攝和編輯節(jié)目，而最終通過SDI傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器，用長GOP的MPEG-2 IBP來播出和存儲。

3．MPEG-2

在MPEG（運(yùn)動圖像專家組）系列壓縮方式中，一般認(rèn)為MPEG-1和MPEG-4的壓縮質(zhì)量不能做到廣播級，所以沒有人用它們做播出；當(dāng)然，在新近出現(xiàn)的電視臺媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，特別MPEG-4是一種非常理想的檢索、瀏覽和粗編的工具，在互聯(lián)網(wǎng)上也是被廣泛采用的視頻格式。

廣播電視領(lǐng)域采用的MPEG格式是4:2:2量化的MPEG-2，它在保證了足夠的色度信息的情況下做最有效的數(shù)據(jù)壓縮。MPEG-2采用可變的壓縮率，最高可達(dá)50Mb/s。其采用的幀間壓縮方式，利用幀之間的冗余信息大大減少壓縮數(shù)據(jù)量，達(dá)到同樣的視頻質(zhì)量MPEG-2所需的碼率只有M-JPEG的1/3甚至更少。大家一般意義上認(rèn)為MPEG-2 IBP的長GOP壓縮方式的8～12Mb/s已經(jīng)達(dá)到廣播級質(zhì)量，可見其幀間壓縮效率是非常高的；這對于電視臺多頻道的大量播出節(jié)目是非常重要的特點(diǎn)，也使得真正的多頻道視頻服務(wù)器播出方式成為可能。

除壓縮效率的優(yōu)點(diǎn)外，MPEG-2有一個(gè)不同廠家均認(rèn)可的國際標(biāo)準(zhǔn)，使得不同的壓縮系統(tǒng)能產(chǎn)生相同格式的數(shù)據(jù)文件；當(dāng)然因?yàn)榇鎯Ψ绞降牟煌瑪?shù)據(jù)在存儲過程中也需要適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。所以，近幾年視頻服務(wù)器領(lǐng)域采用最多的都是MPEG-2壓縮方式，這也是目前服務(wù)器的主流格式。

對于MPEG-2壓縮，如果采用純I幀方式，也就類同于M-JPEG壓縮了，等于是幀內(nèi)的壓縮。所以我們談?wù)揗PEG-2在播出服務(wù)器中的應(yīng)用，往往都指的是IBP壓縮，而且是長GOP方式。當(dāng)然，由于采用長GOP，不是每個(gè)幀的數(shù)據(jù)都能非?？焖佟⑼耆剡M(jìn)行圖像恢復(fù)，所以在編輯和搜索過程會比較困難。目前的一些非線性網(wǎng)絡(luò)也采用MPEG-2壓縮方式，但為滿足快速幀精度編輯的需要，往往都是純I幀壓縮，只有少量廠家的產(chǎn)品采用IBP壓縮。