高质量影视后期音视频系统设计

作者：罗梦舟

来源：《中国新通信》 2018年第18期

【摘要】 本文主要从需求设计、设备选型和信号系统三个方面, 并以北京电影学院数字电影实验室作为设计实例, 对高质量影视后期音视频系统的设计搭建进行详细阐述。

【关键词】 影视后期 音视频系统 跳线 矩阵 机房

一、高质量影视后期音视频系统的提出背景

在数字技术飞速发展的今天，8K 分辨率、高动态范围、高帧率等前沿影像技术层出不穷，传统的单一功能后期机房早已不能满足高质量影像的制作需求。高质量影像的数据吞吐量大、制作标准高，需要有与之配套的高标准影视后期音视频系统来处理。影视后期音视频系统被定义为功能更齐全、集成度更高的整体型机房，可以将后期的工作流程汇聚到一个地方完成，可以做到素材的随时调用、影像信号的随时切换，使剪辑、调色、声音等部门之间的协同工作更加便捷。因此，为了匹配越来越高的需求，高质量的影视后期音视频系统是必不可少的。北京电影学院数字电影实验室一直承担着多项省部级以上课题的研发和高规格院线电影的制作，其后期音视频系统的设计成熟、功能完善，本文将以它为例深度剖析高质量影视后期音视频系统的设计。

二、高质量影视后期音视频系统的需求设计及设备选型

高质量影视后期音视频系统是一套可以完整覆盖影视制作全流程的系统，其需要具备的功能按制作流程排序，依次为素材采集、非线性编辑、数字中间片制作和数字母版制作。

1、素材采集设备 。影视后期音视频系统的素材采集部分需要具备模拟/ 数字磁带录像机、胶片扫描仪和胶片扫描控制系统等设备。磁带录像机简称VTR，它是基于电磁感应理论把音视频信号用剩磁的方式记录在磁带上，并且可以进行再现的视频制作与播出设备。高清磁带录像机可选择索尼SRW-P5500、索尼HDW-F500、松下D5 等。胶片上的化学影像需要经过胶片扫描/ 转磁设备将化学影像转换为数字文件。目前市场上主流的扫描仪DFT Spirit 4K，其通过高速Infiniband 接口连接到DFT Bones，DFT Bones 是一套开放式后期制作系统，它可以控制扫描仪的转换工作并对得到的数字文件进行后期处理，最后输出成4K 或2K 的数字文件。2、非线性编辑系统。完成素材的采集后得到的数字文件进入非线性编辑平台进行剪辑工作。非线性编辑平台实际上是扩展的计算机系统，一台高性能计算机和一套音视频输入输出卡（即非线性编辑卡），搭配大容量高速磁盘阵列外接一台高清监视器便构成了非线性编辑系统的基本硬件。北京电影学院数字电影实验室基于性能和稳定的双重需求使用了FinalCut Pro非编软件，运行在苹果MAC PRO和IMAC PRO主机上。3、数字中间片系统。数字中间片即Digital

Intermediate，简称DI，是指在数字平台上完成整部影片的配光工作。一部影片的剪辑工作完成后需要在非线性编辑软件中输出XML等交换文件给DI 系统进行套底，北京电影学院数字电影实验室所使用的DI 平台有BaseLight、Quantel IQ 和DavinciResolve。一套完整的DI 平台应包括主机、调色软件、调色台、磁盘阵列和监看设备， 北京电影学院数字电影实验室通过性能比较，选择使用符合DCI-P3 色域的杜比PRM-4200 监视器和支持高动态范围的索尼X300 监视器。在放映机方面选择了巴可调色级放映机DP4K-P，能够最精确地还原DCI-P3色彩空间。4、数字母版系统。现如今DCP（数字电影数据包）已经取代了胶片成为影像的最终载体，数字电影数据包是用于存储和转换视频、音频和数据流的数字文件集。用于打包制作DCP 的设备有DVS Clipster、Doremi CineAsset 等，北京电影学院数字电影实验室所使用的DVS Clipster 可以高速地输出JPEG2000 编码和XYZ 色彩空间的文件。DCP 制作完成后存储在硬盘中，发往

全国各地的院线，再由院线将DCP文件拷入杜比、GDC 等数字影院服务器，再对DCP 进行解码通过数字电影放映机播放。影视后期音视频系统是一个由高性能计算主机和各类音视频输入、输出设备组成的复杂网络，其设备之间的工作如何衔接流畅，就需要清楚地了解各类音视频信号在设备之间是怎样连接的。

三、高质量影视后期音视频系统的信号设计

信号连通的方式主要分为三种，即直连、跳线连接和矩阵连接；其中直连方式无法灵活地切换信号，不适合大规模的音视频系统布线。因此，跳线系统和矩阵系统是现在最常用的两种信号连接方案，北京电影学院数字电影实验室将这两者进行了结合使用。

3.1 跳线连接系统

跳线系统可分为视频跳线盘和音频跳线盘两部分，其中视频跳线盘可以切换视频录制信号和监看信号, 音频跳线盘可以切换音频录制信号和监听信号。跳线盘接收系统中所有设备的输出信号，并在经过切换后发送出去，由相应的信号处理设备处理对应格式和内容的信号后，最终在录像机、放映机、监视器等设备上播放。

（1）视频信号连接。北京电影学院数字电影实验室共有4 个视频跳线盘，编号分别为HD VJB1、VJB2（高清），SD VJB1（标清）和VJB2（分量），1 排（上排）为输出接口，2 排（下排）为输入接口，每排各有24 路物理接口。1排和2 排之间通过同轴线缆相互连接，以实现跳线目的；跳线盘之间可以相互连接。如图1 所示为高清视频跳线盘HDVJB1，其中HD O/P 为高清输出信号，HD I/P 为高清输入信号。在高清视频跳线盘HD VJB2 上，MON O/P 接口用于输出高清磁带录像机的监视信号，COMP O/P 接口用于输出标清磁带录像机的监视信号。

DI 平台视频输出信号的主要用途分为两类，一类是连接数字电影放映机或监视器作为监看信号，另一类是连接至各类磁带录像机导出成数字磁带。DI 平台视频输入信号的主要用途为直接从磁带中采集影像素材。在高度集成化的影视后期音视频系统里，各个控制机房与机房相互，为了更加方便地进行信号转接，需要将各个硬件平台的SDI 接口接入跳线盘，再由跳线盘输出至各控制机房里。每个控制机房中预留2 排SDI 接口，上排为输入信号，下排为输入信号。

（2）音频信号连接。在音频信号连接方面，北京电影学院数字电影实验室使用了两个24 路物理接口的数字音频跳线盘D AJB1 和D AJB2，以及两个48 路物理接口的模拟音频跳线盘AJB1 和AJB2；上排O/P 为输出，下排I/P 为输入。

如图2 所示为数字音频跳线盘，主要使用AES/EBU 标准的BNC 音频接口。以索尼SRW-5500 为例，其具备6 个AES/EBU 标准的BNC 接口，共12 通道，每个接口占用2 个通道，在

连接数字音频信号时需要将两个通道同时连接。模拟音频跳线盘主要使用的是4.4mm TRS 模拟音频接口。

3.2 矩阵连接系统

音视频矩阵是影视后期音视频系统的信号分配和调度中心，其主要功能是进行视频信号和音频信号的分配、调度，进入输入通道的多路信号可被切换到任一输出通道上。

（1）音视频矩阵的特点及优势。相对于跳线连接系统而言，音视频矩阵切换器优势明显，其具备与计算机联机使用的RS422 通讯接口，可进行网络远程控制，并配有LED显示屏及触摸按键，使信号的切换工作更加便捷。

（2）音视频矩阵系统。如果一个矩阵有M 个输入端和N 个输出端，则该矩阵可称之为MxN 矩阵，在矩阵的N 个输出端口都可以得到M 个输入信号其中的任意一个。北京电影学院数字电影实验室在升级改造过程中将高清视频跳线盘HD VJB1 和HD VJB2 升级为矩阵器，构成了矩阵和跳线盘组成的切换系统。升级方案中使用了两台Blackmagic 公司的Compact VideoHub 矩阵，一台作为主矩阵，一台作为备矩阵。每台矩阵都具有40 路HD 输入和输出，并提供充分的SDI 时钟恢复以确保系统的安全性。如图3 所示为CompactVideoHub 矩阵接口。

如图4 所示为主矩阵信号连接，北京电影学院数字电影实验室使用的主、备矩阵37、38、39、40 的输入、输出接口相互连接，主矩阵的输出接备矩阵的输入，备矩阵的输出接主矩阵的输入。通过这样的转接方式可实现主、备矩阵之间的相互切换，在功能和灵活性上有很大的提升。矩阵的输出信号则主要送往各VTR、VBJ、制作和放映设备的输入端口。

四、总结与展望

影视后期音视频系统的设计搭建涉及到了计算机技术、网络技术和信号处理技术等多个方面。本文将这样一个大型的复杂系统分为需求、设备和信号三部分详细论述，力求全面地讲解设计时的重点难点。本文中作为实例的北京电影学院数字电影实验室，其影视后期音视频系统已经完成了高帧率影像研究、立体影像研究等省部级以上相关课题，并完成了《三生三世十里桃花》、《长江图》等高标准院线电影的后期制作，已经成为一个值得借鉴学习的成功案例。

中国的影视行业正在高速发展，电影票房年年飘红，观众的欣赏水平也在不断提高，高质量影视的后期音视频系统已经被众多活跃在市场上的一线制作公司所采用，影视后期行业也由分包式走向集成式。随着影像质量的进一步发展，影视后期音视频系统的设备结构和信号系统还会不断地改进，以配合影视行业的整体水平提升。