Быков В.В.
Автоматизация в телевидении и
файловая передача медиаданных
Переход к автоматизированным методам в телевидении требует подчас принципиального изменения структуры аппаратурного комплекса и связей между отдельными его компонентами. И это не только переход от аналоговых методов к цифровым, сопровождающийся подбором новых аппаратных средств, но и тщательный выбор упаковки цифровых потоков, которые циркулируют в подсистемах ТВ-производства и между ними. Сращивание компьютеров и ТВ-систем выдвигает новые требования и к кодированию цифровых потоков. Вместе со стандартом SDI, который широко используется для передачи информации в видеотракте цифровых АСК, и потоковыми форматами DVCAM, DVCPRO, MPEG-2, IMX появляются файловые форматы, которые позволяют наиболее полно реализовать преимущества новых компьютеризированных ТВ-систем и устройств на телецентрах.
Материалы
ТВ-контента приходят на
телепредприятия от различных
источников. Во время прямых
трансляций короткие рекламные
клипы и новостные материалы часто
передаются по спутниковым и
кабельным сетям, а достаточно
продолжительные сюжеты поступают в
виде записей на магнитной ленте. В
последние годы появился еще один
вид доставки — в виде цифровых
медиафайлов, позволяющий вещателям
использовать узкополосные и
поэтому недорогие IP-каналы. В США и
Европе многие ТВ-компании
применяют этот метод доставки
видеоматериала с последующей его
записью в первичный сервер (edge server).
В этом случае приходится
сталкиваться с проблемами
интеграции поступающего материала
в технологический процесс
ТВ-производства и достижения
максимальной экономической
эффективности такой технологии
доставки. Сложность и разнообразие
поступающего материала не
позволяют работникам телецентра и
студии в полной мере реализовать
преимущества доставки в виде
цифровых медиафайлов на основе
потоковых методов. Среди
аппаратных средств могут быть
монтажные системы, видеосерверы,
системы управления медиаресурсами,
передачи и хранения сигналов, в
которых используются различные
методы сжатия, файловые форматы,
транспортные протоколы.
Технология ТВ-производства на
отдельных телецентрах может быть
различной, но существуют и общие ее
элементы. Когда контент поступает
на магнитной ленте или
записывается в первичный
видеосервер, оператор
идентифицирует его и дублирует в
вещательный видеосервер или в
монтажную систему для дальнейшей
обработки. Должны быть
проконтролированы и настроены
аудиоуровни. Если есть система
автоматизации, то она
информируется, когда новый контент
с метаданными загружен в базу
данных.
Цифровые потоковые форматы (DVCAM,
DVCPRO, MPEG-2, IMX и другие) обеспечивают
более высокое качество
транспортировки видео- и
аудиоинформации, чем в аналоговой
среде. Но на телецентрах и цифровые
сигналы могут терять качество
вследствие многочисленных
транскодирований в процессе
подготовки ТВ-программ, поскольку
многочисленные устройства и
системы могут работать с
различными форматами. Принятие
единых файловых форматов может
существенно снизить потери
качества видеосигналов при
многочисленных последовательных
обработках медиаматериала.
В технологическом процессе
ТВ-производства выделяется
несколько основных стадий: съемка и
передача материала на ТВ-станцию,
постпроизводство, архивирование и
выпуск программ в эфир. У каждой
стадии свои особенности и каждая
требует для оптимизации процессов
обработки различных файловых
форматов.
Наглядным примером эффективного
использования файловых методов
является технология компании
Telestream, которая разработала систему
автоматизации управления
контентом от места его ввода в
ТВ-станцию (телецентр, студию).
Основной элемент этой системы —
пакет программ FlipFactory TrafficManager. Он
позволяет принимать
медиаинформацию, представленную во
всех основных стандартах, и
преобразовывать эту информацию и
метаданные в файловые форматы, а
затем уже подавать их к различным
ТВ-системам и устройствам.
Задача распределения информации из
первичного сервера к различным
техническим средствам вещательной
компании значительно упростилась в
последнее время. Это объясняется
прежде всего широким
использованием на телестанции
мощных серверов, работающих с ОС
Windows, и IP-сетей. Такая технология на
основе серверов, соединенных со
всеми точками приема информации и
устройствами, участвующими в
производстве ТВ-программ, требует
ограниченных аппаратных средств и
штата в пределах АСК компании. В
технологии Telestream важную роль
выполняют процессор-транскодер и
язык описания медиаинформации и ее
передачи (MDML), основанный на
фундаментальном языке XML. Он
описывает медиа- и метаданные,
механизмы их передачи и
преобразования. MDML — открытый язык,
состоящий из набора элементов,
которые позволяют формировать
документы, используемые в процессе
работы с медиаматериалом. При
появлении на ТВ-станции новых
устройств, форматов или протоколов
вводятся дополнительные
программные модули. Они
транслируют новые элементы в язык
MDML, что обеспечивает передачу
поступающего в станцию материала к
новым устройствам и их нормальное
функционирование.
Процессор Telestream имеет модульную
конструкцию и представляет собой
транскодер, основанный на
специальном ПО и мощном
Windows-сервере. Процессор не требует
дополнительных аппаратных средств
и транскодирует потоковые форматы,
в том числе Windows Media и QuickTime, MPEG-1, -2 и
-4, DV и другие, используемые в
вещательных серверах и монтажных
системах. В основное ПО входят
подпрограммы, которые отвечают за
контроль (мониторы), передачу
сигналов, оповещение и приведение в
готовность различных устройств АСК
при поступлении новой
медиаинформации.
Как только новая медиаинформация
поступает в центральный сервер
(процессор-транскодер), она
транскодируется в один или
несколько файловых медиаформатов и
передается к вещательным серверам,
СНМ и в новостные комплексы.
Создается версия для эфирного
сервера, которая затем
транспортируется в этот сервер с
помощью соответствующих
программных модулей. Для просмотра
видеоинформации обычно
формируется и версия с низким
разрешением, которую можно
просмотреть через локальную сеть
или использовать для
редактирования контента перед
выдачей программы в эфир.
В транскодере поступающая
медиаинформация разделяется на
четыре потока: видео, аудио,
временной код и гасящие импульсы.
Если требуется, то аудио- и
видеопотоки декомпрессируются, а
затем компрессируются (сжимаются) с
использованием необходимого
алгоритма. В большинстве случаев
нет необходимости полностью
перекодировать материал. Например,
когда поступает поток MPEG-2, который
необходимо преобразовать в
транспортный поток MPEG-2 с файловой
упаковкой, то перекодирование
осуществляется на самом простом
уровне. Это не только сохраняет
исходное качество материала, но и
ускоряет процесс транскодирования.
Упрощенное изображение файлового распределения и системы автоматического управления поступающей на ТВ-станцию информации компании Telestream
Процессор-транскодер
Telestream может анализировать
вещательную информацию и выделять
дополнительные метаданные.
Например, он может измерять
аудиоуровень и автоматически
корректировать его. Это важно во
время приема информации
одновременно от нескольких
рекламодателей и позволяет вводить
эту информацию в эфирный сервер с
одинаковым оптимальным уровнем.
Систему автоматизации Telestream FlipFactory
TrafficManager первой в Европе приобрела и
успешно использует компания BBC Online.
Активно участвует в продвижении
файловых методов компания Sony. Ее
специалисты разработали концепцию
e-VTR, которая обеспечивает
интеграцию сфер компьютерных
данных и традиционного видео.
Изготовлена плата e-VTR, позволяющая
преобразовывать в формат MXF
материалы с видеомагнитофонов Betacam,
Betacam SP, Betacam SX, MPEG IMX, Digital Betacam и
транспортировать их по сети через
IP-протокол.
Компания Panasonic Broadcast разработала
четырехканальный многоформатный
видеосервер AJ-HDR150 со сжатием DVCPRO,
который может оборудоваться для
работы с различными каналами,
использующими на входах и выходах
интерфейсы SDI, SDTI или аналоговые
сигналы. Важной функцией сервера
является реализация протокола
передачи файлов (FTP) через Fibre Channel
или Ethernet. Загрузка материала в
файловой форме самая быстрая и
надежная. Одним из достоинств
файловой передачи является то, что
файлы перемещаются со скоростями,
определяемыми сетями Ethernet и Fibre Channel
(250 Мбит/c и более). Кроме того,
протоколы IP и проверка на ошибки
гарантируют верную передачу.
Материал вводится в сервер без
потери качества, поскольку
отсутствуют процессы
кодирования/декодирования. Файлы
могут транслироваться в 20–30 раз
быстрее, чем в реальном времени, а
метаданные защищаются от ошибок.
Сейчас только серверы могут
передавать файлы друг другу, но
серверы различных производителей
пока практически не способны
обмениваться файлами из-за
отсутствия стандартизации в этом
вопросе.
Использование единого стандарта не
может отвечать требованиям всех
участков технологического
процесса. Так, новости и «живые»
передачи, особенно интервью с
человеком в отдаленном районе,
требуют небольшой временнГй
задержки.
Для сферы постпроизводства
характерны необходимость
сохранять высокое качество
материала при многочисленных его
обработках и монтаже и
использование большого объема
метаданных (для накопления
монтажных решений, «истории»
монтажа, принадлежности материала
и др.). Обычно метаданные и листы
монтажных решений сохраняются в
базе данных, которая может
использоваться для краткого
описания материала или иметь
ссылки на различные видео- и
аудиодорожки, магнитные ленты и
кинопленки. На стадии
постпроизводства может
потребоваться сохранить копии
обрабатываемого материала и
преобразовать файловые форматы в
потоковые.
При архивировании медиаинформации
необходимы оперативный доступ к
любому ее участку, сохранение
исходного (высокого) качества
сигналов, стабильность и простота
форматов.
Особенностью выдачи программ в
эфир является то, что метаданные,
широко используемые для монтажа и
компоновки программ, в
окончательно сформированном
материале не требуются. На этой
стадии необходимы метаданные об
авторстве материала, использовании
контента и связанной информации.
Вещателю необходим доступ к
медиаданным в течение нескольких
секунд. Формат, поддерживающий
комментарий к изображению, должен
обеспечивать внесение изменений в
последнюю минуту. Иногда требуется
и монтаж «в склейку» с плавным
введением и ослаблением звука.
Применение файловых форматов с
высокоскоростной надежной
передачей информации по сетям
повышает оперативность и
эффективность работы. Материал
быстро перемещается между архивом
и пользователем, между центральной
системой хранения информации и
аппаратурой выдачи программ.
Это, конечно, далеко не полные
требования к форматам сигналов,
циркулирующим на различных стадиях
ТВ-производства, но они показывают,
что единым файловым форматом здесь
не обойтись. Специалисты SMPTE уже
стандартизировали ряд файловых
форматов, некоторые из форматов
находятся в стадии разработки или
стандартизации.
Формат обмена цифровых подвижных
изображений DPX (Digital Moving
Picture Exchange, SMPTE 268М) был разработан для
передачи несжатых изображений
между телекинодатчиками, но в
дальнейшем стал использоваться для
файловой передачи любых
сформированных несжатых
изображений. Например, компания Cintel
применила формат DPX для получения
файловой формы видеоданных при
сканировании кинокадров с
разрешением 4К. Файл SMPTE 268М
поддерживает и метаданные,
позволяющие специфицировать
размер и форму изображений,
информацию о дискретизации (число
пикселов). В него включается
пространство для метаданных,
определяемых пользователем. SMPTE 268М
не применяется для транспортировки
сжатых изображений.
Архитектура системы Telestream
Главный формат
обмена GXF (General Exchange Format, SMPTE 360М)
обеспечивает пересылку временнЊх
кодов, звуковых сигналов, сжатого
видеоматериала в виде
мультиплексированного по времени
цифрового потока. Он эффективен для
потоковой передачи клипов. В этом
потоке контенту предшествуют лист
монтажных решений, метаданные
пользователя и просмотровая
справочная таблица кадров. После
основного может передаваться любой
второстепенный материал.
Метаданные кодируются с
использованием языка XML, формата KLV
и других форматов метаданных. XML
(eXtended Markup Language) — язык для обмена
данными между компьютерными
системами; KLV (Key-Length-Value, SMPTE 336М)
описывает метод упаковки данных
для их передачи по сети.
GXF основывается на передаче
пакетов, содержащих или видеокадр
со звуком продолжительностью
полсекунды, или несколько секунд
временных кодов. Каждый пакет
снабжен заголовком, определяющим
тип пакета, дорожку, тип
медиаинформации и другие сведения.
Просмотровая таблица кадров (с
поиском элементов при помощи
просмотра) оптимизирована для
операций поиска информации. Она
используется, когда файл SMPTE 360М
накапливается в системе
архивирования, основанной на
ленточных или дисковых носителях.
Частью цифрового потока SMPTE 360М
может быть видеоинформация
стандартов сжатия DVCPRO, MPEG, motion JPEG. В
настоящее время SMPTE работает над
расширением формата GXF, который
будет включать медиаинформацию
ТВЧ, звук AC-3 и Dolby-E.
Современный формат авторинга AAF
(Advanced Authoring Format) поддерживает
широкий диапазон функций,
необходимых в постпроизводстве и
при окончательном (high-end) монтаже.
Создана спецификация интерфейса
мультимедийных приложений API и
библиотека программного
обеспечения SDK, которая содержит
наиболее типичные применения. В
процессе постпроизводства видео и
звука используются разнообразные
устройства, которые могут
обмениваться AAF-файлами с
сохранением сложных листов
монтажных решений и метаданных.
Файлы формата AAF позволяют хранить
проекты, выполняемые во время
постпроизводства, и обмениваться
ими. Этот формат разработан именно
для обмена видео-, аудио- и
метаданными между системами
различных производителей,
применяемыми в постпроизводстве. AAF
позволяет производителям
ТВ-контента обмениваться цифровыми
медиаматериалами и метаданными при
работе на разных платформах и с
материалами, подготовленными в
различных условиях. У формата AAF
есть большие шансы стать основным
открытым стандартом для
мультимедийного авторинга и
постпроизводства.
Формат обмена материалами MXF (Material
Exchange Format) — файловый формат с
широкой поддержкой метаданных,
предназначенный для использования
во время съемки, передачи материала
на базовую ТВ-станцию,
вспомогательных операций, для
архивирования и цифрового
электронного кинематографа. Этот
формат позволяет осуществлять
обмен материалами как файлами
данных по сетям передачи цифровой
информации (IT-сетям). MXF
предназначен для более сложных
случаев, чем GXF, когда передаются
лист монтажных решений и другая
информация для монтажа. Например, в
одном из MXF-применений файлы могут
передаваться к монтажным системам,
основанным на формате AAF, и
выводиться из них.
Файлы MXF основаны на кодировании SMPTE
KLV. Спецификация MXF включает в себя
несколько моделей (pattern), которые
характеризуют ряд функциональных
слоев. Простейшая модель
представляет собой непрерывный
цифровой поток с монтажными
возможностями высокого уровня.
Спецификация MXF разработана
Pro-MPEG-форумом и Ассоциацией AAF.
Сейчас этот формат находится в
стадии стандартизации SMPTE.
Важную роль в ТВ-производстве
играют поддержка и обработка аудио
и видео персональными
компьютерами. Компании Microsoft, Apple
Computer, RealNetworks и другие разрабатывают
соответствующие форматы и наборы
программных средств, которые
традиционно ориентируются на
настольные компьютеры. Они с
успехом могут применяться и в
ТВ-производстве.
Приведенный выше пример
автоматизированной технологии с
файловой структурой сигналов,
использованной компанией Telestream,
является выдающимся достижением.
Но технология Telestream опередила
время и, по-видимому, полностью не
отображает методы ТВ-производства,
которые появятся после
стандартизации и внедрения
файловых форматов. В начале 2002 г.
специалисты, разработавшие формат
MXF, представили реальную сетевую
систему (проект G-FORS),
демонстрирующую полный цикл
производства ТВ-программы на
основе этого формата. Короткий клип
был отснят ТВ-камерой, его кадры
регистрировались специальной
компьютерной системой,
монтировались и воспроизводились с
использованием формата MXF. При этом
медиаинформация сопровождалась
метаданными в течение всего
процесса производства.
ТВ-камера снимала сцену в формате DV,
а сигнал в упаковке MXF накапливался
в картридже. Одновременно камера
формировала видео- и аудиопоток с
компреcсией (сжатием) MPEG-2 и с
заголовком MXF, которые передавались
по радиолинии на компьютерную
станцию регистрации отснятого
материала. Здесь цифровой поток
декодировался, полученное
изображение отображалось на
мониторе и оператор создавал
регистрационный файл (небольшой
файл, содержащий только
индивидуальный идентификатор
материала (UMID), временной код и
регистрационную информацию об
отснятых кадрах).
Сетевая
система, демонстрирующая полный
цикл производства
ТВ-программы на основе файлового
формата MXF (проект G-FORS)
После завершения
съемки картридж с записанным
материалом помещался в считывающее
устройство, подключенное к сети
накопления информации (SAN), и файл MXF
с видеоданными высокого качества
передавался в сеть. В течение всего
этого процесса специальная
подпрограмма MXF проверяла
идентификатор материала UMID и
временной код с помощью
регистрационного файла,
передаваемого из станции
регистрации по сети Ethernet.
Регистрационный файл был постоянно
привязан к файлу отснятого
материала MXF DV для того, чтобы этот
файл не был потерян в процессе
хранения и обработки.
Затем файл MXF DV передавался в
станцию нелинейного монтажа СНМ2,
где он редактировался с
формированием листа монтажных
решений. Готовый лист передавался
по сети Ethernet на СНМ1, где в
соответствии с ним материал
воспроизводился и отображался на
плазменном мониторе. Таким образом
продемонстрирован весь процесс
ТВ-производства с использованием
файловых методов передачи и
обработки медиаинформации в
формате MXF. Реальная технология,
конечно, может содержать много
дополнительных элементов, в том
числе систему автоматизации.
Специалисты SMPTE считают, что формат
AAF хорошо подходит для
постпроизводства с использованием
монтажа. MXF разработан для широкого
обмена и транспортировки
медиаинформации в области
профессионального вещательного
производства и архивирования. GXF —
для процесса производства
новостных и спортивных программ,
при выдаче их в эфир и
архивировании. DPX — для файловой
передачи несжатых изображений.
По мере стандартизации файловых
форматов и накопления опыта их
применения в ТВ-производстве
следует ожидать внедрения файловых
методов распространения и
обработки медиаинформации в
ТВ-вещании. Наиболее эффективно их
использование на крупных
ТВ-предприятиях, оснащенных
большим количеством
разнообразного оборудования,
объединенного сетью и системой
автоматизации. На этих
предприятиях работают с цифровыми
видеосигналами различных форматов,
которые могут подвергаться
многократной обработке, и
используется сетевая архитектура
Ethernet и Fibre Channel.
Перевод технологии на структуру с
файловыми форматами
медиаинформации требует немалых
средств и времени. В настоящее
время системы автоматизации
ТВ-производства, как и весь
технологический процесс, строятся
на основе потоковых форматов. В
ближайшие годы можно ожидать
принятия новой файловой технологии
крупными передовыми вещательными
компаниями с постепенным, в течение
10–20 лет, переходом и других
ТВ-станций и студий. Этот процесс
стимулируется компьютеризацией
оборудования и большинства
процессов ТВ-производства.
Файловое представление
медиаинформации предоставит
вещателям неисчерпаемые
возможности вычислительной
техники, которые особенно ярко
проявятся совместно с
автоматизацией производства и
выдачи ТВ-программ.
Для большинства российских
ТВ-комплексов, важнейшей проблемой
которых является недостаток
средств на закупку современного
оборудования цифровых форматов,
переход к файловой технологии
является, по-видимому, не главной
задачей. Однако тенденция развития
технологии ТВ-производства и
технических средств через
несколько лет поставит эту задачу и
перед ними.
Сегодня вещателям необходимо
тщательно подбирать потоковые и
файловые форматы в соответствии с
требованиями используемой
технологии ТВ-производства и
имеющимися в распоряжении
аппаратными и программными
средствами. В дальнейшем серверы,
монтажные системы и другие
технические средства будут
поддерживать многие форматы, в том
числе и файловые, упрощая
интеграцию оборудования в больших
автоматизированных вещательных
системах.
