现代数字影视系统综述

　　1）DCI（Digital Cinema Initiatives数字影院系统规范）

　　美国好莱坞七大制片公司——Disney、MGM、Fox、Paramount Pictures、Sony Pictures Entertainment、Universal Studios和Warner Bros于2002年联合成立了DCI机构，并于2007年和2008年分别发布了DCI V1.1版和V1.2版数字影院系统规范。

　　2）SMPTE DC28数字影院标准

　　SMPTE DC28标准是目前全球数字影院发展重点关注和参照的技术标准（也重点参考了DCI的基本原则、内容和指标）。SMPTE DC28数字电影技术标准分类见图3。

　　3）ISO/TC36 数字影院标准

　　ISO/TC36是全球电影统一采用的最高标准的制定单位。

　　2007年8月我国根据DCI V1.1版和SMPTE DC28已公布的相关标准，制定了我国“数字影院暂行技术要求”GD/Jo17-2007（高档），同时依据我国国情采用自有格式，分别制定了适用于我国中小城市、农村等地区的数字电影放映系统技术要求（GD/J013-2007——数字电影流动(低档)放映系统技术要求，GD/J014-2007——数字影院（中档）放映系统技术要求）。

　　我国GD/J017-2007标准中绝大多数指标是和DCI标准相同的，这也是迁就了DCI的垄断优势霸王地位，比如“版权和加密系统”一条规定：必须采用惠普和汤姆逊等指定技术，才能通过美国联邦信息安全委员会的认证。这就限制了各国发展自己知识产权的权利，并且从而收取高额的专利费。为此，我国确立了高、中、低三级数字电影发展体系，既能够和国际接轨（高档），也有适合我国国情的中、低档系统标准。

　　2 数字电影系统结构重点数字电影和数字电视两者都由数字节目源获取，在本质上都属于多媒体信息与通信系统。数字电视系统的框图架构已为大家所熟知，不再赘述。数字电影节目源来自数字摄影、胶片转数字和计算机制作三个方面。这样得到的数字节目源要利用数字中间片（DI,Digital Intermediate）进行节目后期工艺制作后，产生数字电影发行母版（DCDM,Digital Cinema Distribution Master）。之后就要对图像数据进行压缩编码，对所有数据进行加密，然后再进行封装打包产生用于电影发行的数字电影数据包（DCP,Digital Cinema Package）。

　　数字中间片并不是特指某种类型或型号的电影胶片，而是指一种影片的处理方法或处理过程，即将整部影片进行高分辨率数字化，在此基础上完成非线性编辑、校色，调光处理、视觉特效、字幕混叠等一系列工作，并最终将完成的影片输出到电影胶片或其它类型的介质上。如果仅需在数字影院放映，则DI完成后得到的是相应数字格式的母版。

　　数字中间片是近几年在电影制片领域中谈论的热点。实际上长久以来，电影制作者一直希望能够像电视制作者那样，只需坐在视频监视器前，就可以完完全全地按照自己的意愿，完成编辑、特效制作、调色等一系列工作，制作出自己所想要的作品。这种愿望也许就是“数字中间片”得以产生和发展的原动力。

　　对于影片的创作者来说，DI可以提供以往采用传统胶片处理技术难以提供的创作自由，数字中间片提供了一个非常好的机会来（对画面）进行更进一步的控制。当你在对你的影片进行调色时，你能够像在原始拍摄时一样对影片施加直接的影响力。利用DI中强大的校色工具，操作师可以按照坐在旁边的主创人员的要求来改变画面的对比度、利用“窗口”功能有选择地将画面的局部进行散焦和颜色调整、针对某种颜色（如人的肤色）进行单独的分离和控制、进行场景与场景间的颜色匹配、增加晕影等特殊光效等操作，而所有这些操作的结果都会实时地以所见即所得的方式反映到大银幕上。这样的处理方法和方式在以往的影片制作过程中是难以想象的。

　　对于影片的出品方来说，DI意味着能够以最便捷的方式获得更多的回收投资的途径。采用DI最后得到的完成母版，除了可以印成胶片在影院放映，还可以制成数字影院节目直接以数字的方式放映，可以制作成HDTV节目在电视台放映，可以制作成DVD和录像带发行，可以制作成流媒体的方式在计算机网络中发行或向手机用户发行等等，而所有这些格式的制作都很便捷（制作的成本甚至可以忽略不计）。另外，由于所有拍摄的素材都以数字的方式保存，所以根据需要，可以很容易地制作“导演剪辑版”、“加长版”等不同版本的完成版，充分挖掘作品的潜力。对于电影观众来说，DI意味着更高的图像质量。对于关心环境保护的人来说，DI意味着在影片的制作过程中，可以更少地涉及胶片的冲洗过程，可以大幅度地减少废水和银、汞等重金属有害物质的排放。

　　MXF(Material eXchange Format 素材交换格式)是多媒体领域广泛应用的通用文件交换格式，它遵守SMPTE 336M KLV(Key Length Value)数据编码协议，数字电影在发端和收端进行封装打包和解包解封装处理时必须遵守SMPTE 422M、SMPTE429-3、SMPTE 429-4、SMPTE 429-6等标准，从而使不同设备制造商提供的编码器所生成的DCP能够满足通用性要求，播放服务器能够实现互操作。

　　XML(eXtensible Markup Language可扩展标记语言)是一种文本描述语言，用于描述数字电影合成播放列表(CPL,Composition Playlist)、打包列表(PKL,Packing List)、密钥传送消息(KDM,Key Delivery Message)、事件日志(LOG)等信息。

　　3 数字电影的技术处理要点

　　数字电影与数字电视传输和播出的图像格式是不同的，数字电视采用SD(标清Standard Definition720×576)和HD(高清High Definition 1920×1080)图像格式；数字电影则采用2k（2048×1080）和4k（4096×2160）图像格式（这是电影对放映图像的根本要求）。2k是数字电影对图像质量的最低要求，但即使是2k图像也比HD图像在水平分辨率上高出128个像素，4k图像则相当于由4幅2k图像组成，因而远高于HD的图像质量，数字电视与数字电影压缩前图像码率的比较见表2，可见数字电影要求的码率远远高于数字电视，这也反映出数字电影与数字电视对图像质量的不同要求。因此，在一些技术上也要相应采取不同的处理方法。

　　3.1图像压缩编码技术的选取

　　数字电影首先要保证图像质量。图像压缩效率、传输带宽以及存储空间容量的大小都要围绕保证图像质量来考[FS:Page]虑。数字电视采用了MPEG-2、H.264或AVS图像压缩编码技术。MPEG-2是基于离散余弦变换（DCT,Discrete Cosine Transform）来压缩码率的，适用于数字电视。但由于它不支持2k/4k图像格式，所以不适合数字电影应用。H.264虽然压缩效率高、算法先进、抗误码能力强、同时还能支持2k/4k 及更高分辨率图像等优势，但在处理2k/4k 等高分辨率图像时算法过于复杂，运算量太大，使得实现图像实时解码的难度很大；此外H.264中还涉及到众多的专利费，所以不被数字电影采用。当前数字电影采用的是JPEG2000图像压缩编码技术。

　　有关影视技术的国际标准是由国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、和国际电信联盟（ITU）负责制定颁布的，JPEG2000(ISO/IEC 15444)就是由ISO/IEC颁布确定为数字电影图像压缩编码国际标准，其第1部分（ISO/IEC 15444-1,JPEG2000核心编码系统）免收专利费，这符合数字电影技术标准应当具有公开性、开放性和免授权的基本要求。此外电影电视工程师协会（SMPTE，Society of Motion Picture &Television Engineers)其分支机构数字电影技术委员会（DC28）则负责制定和颁布数字电影技术的行业标准。

　　JPEG2000是由JPEG 组织负责制定。JPEG 全名为 Joint Photographic Experts Group（联合图像专家组），它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会。它制定出了第一套国际静态图像压缩标准：ISO 10918-1 就是我们俗称的 JPEG 。由于JPEG优良的品质，使得它在短短的几年内就获得极大的成功，目前网站上百分之八十的图像都是采用JPEG的压缩标准。然而，随着多媒体应用领域的激增，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对多媒体图像资料的要求。因此，更高压缩率以及更多新功能的新一代图像压缩技术 JPEG 2000 就诞生了。

　　3.2 JPEG2000的原理

　　JPEG 2000 与传统“压缩编码”最大的不同，在于它放弃了JPEG、MPEG-2以离散余弦变换(DCT) 为主的区块编码方式，而采用以离散小波变换(DWT,Discrete Wavelet Transform) 为主的多解析编码方式，所以不会产生基于离散余弦变换所产生的块状模糊瑕疵（Block Effect），从而大大提高了图像质量，非常适合数字电影应用。小波转换的主要目的是将图像的频率成分抽取出来。小波变换（ WAVELET ）是 MPEG4 标准的一部分。该算法在图像处理方式上的特殊性（将影像的频率成分分别抽取出来），决定了它在影像回放和远程传输方面上的优越性。WAVELET算法使用逐渐编码方法，它先将整个图像以较低的分辨率编码，然后逐渐增加细节，而 MPEG-2 等，则是将图像分成一定大小的图块，进行编码，如果需要不同的分辨率，则需要再次分割图像，并逐个编码。用 WAVELET 算法处理的图像，轮廓清晰，即便在图像分辨率较低时，在辨认局部表情和面板数字这些细节时，也比其它压缩算法效果好得多。 WAVELET 的图像质量好，图像质量和传输位率之间为线性关系。JPEG 2000算法是以WAVELET为技术核心开发的。

　　4 数字电影的传输方式

　　和数字电视的广播传输方式不同，数字电影的传输是按点对点或者多点的点播、多播方式进行的。高质量丰富多采的电影票房价值动以亿元计，所以传输手段不能不讲究。一般来说可以通过物理媒介（硬盘、光盘、磁带等）、卫星和高速光纤三种方式传送给数字影院。数字电影明确要求经过JPEG2000压缩之后的2k/4k图像的码率不超过250Mb/s，而由JPEG2000压缩的图像、声音及字幕数据组成的合成码率不超过307Mb/s。如此高的码率必须在千兆位以太网甚至10Gb/s以太网上才能进行节目传输。卫星传输条件最好，成本最低，传输范围最广，但是从当前的技术条件来看安全性还稍差；物理媒介的时效性差，安全性也不佳；相比之下基于虚拟专用网（VPN， Virtual Private Network)技术的高速光纤网进行数字电影节目传输也许是当前发展的方向。

　　5 数字电影技术当前存在的问题

　　电影是电视节目资源的主要来源之一，数字电影业的发展也将是数字电视业蓬勃成长的基础。从压缩编码、传输方式到条件接收、版权认证保护等一系列技术措施的实施都已初具规模，但是所有采取的技术措施都是后发制人的；对于在电子影院现场，用一个普通的袖珍摄录机非法录制的盗窃行为还是防不胜防，迄今难以阻止。如今一部票房价值亿元以上新的电影大片还未正式上映，盗版光碟已经满天飞了。

　　在模拟电视时代已经有防止对银幕图像进行盗版的防复录技术，那么在数字电视时代如何从技术上来对付这种盗版现象是数字电影需要克服的一大难题。