王木旺

(中國電影科學(xué)技術(shù)研究所,北京100086)

1 引言

近年來,在國家政策的鼓勵下,點播影院飛速發(fā)展。2018年初國家頒布了 《點播影院、點播院線管理規(guī)定》,2019年5月國家又正式發(fā)布了 《點播影院暫行技術(shù)規(guī)范》。技術(shù)規(guī)范涵蓋了使用范圍、點播影院的系統(tǒng)架構(gòu)、發(fā)行版和安全級別要求、計費系統(tǒng)數(shù)據(jù)上報要求、放映質(zhì)量要求、主要設(shè)備技術(shù)要求以及對應(yīng)的測量方法共7個部分。其中在技術(shù)規(guī)范第三部分 (點播影院發(fā)行版和安全級別要求)中,對點播影院的發(fā)行包制作還做了要求和說明。

規(guī)范中對于安全級別一級的點播影院系統(tǒng)和設(shè)備所采用的影片打包方式不做限制,由用戶自行選擇打包方式,本文不做贅述;對于安全級別為二級和三級的點播影院系統(tǒng)和設(shè)備則要求 “參考ISO 26429系列標準的DCP打包格式,圖像編碼可采用JPEG2000、H.264、HEVC 等”,本文則側(cè)重于研究該部分的影片打包和封裝規(guī)則;對于安全級別為四級的點播影院系和設(shè)備要求 “符合現(xiàn)行專業(yè)影院系統(tǒng)和設(shè)備的安全級別要求,并通過相關(guān)認證”,實際上就是按照目前市場上的專業(yè)影院放映規(guī)范來要求的,本文不做過多討論。

2 相關(guān)標準及說明

點播影院暫行技術(shù)規(guī)范中參考的ISO 26429系列標準是國際標準化組織發(fā)布的數(shù)字電影打包(Digital Cinema Packaging)相關(guān)系列標準,共有7個,分別是：

(1)ISO 26429-3：2008數(shù)字電影打包 (Digital Cinema Packaging)——第3部分：聲音和圖像軌跡文件(Sound and Picture Track File),該標準對應(yīng)的國家行業(yè)標準是GY/T 293.1-2015,該標準主要是規(guī)定了采用素材交換格式 (MXF)發(fā)行數(shù)字電影內(nèi)容的聲音和圖像軌跡文件格式的通用特性,定義了其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)該條標準的要求,點播影院發(fā)行包的聲音和圖像文件必須采用MXF文件格式,并且還需要按照標準中規(guī)定的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存放數(shù)據(jù)。標準中明確要求MXF 文件格式應(yīng)符合SMPTE 377：素材交換格式——文件格式規(guī)范(Material Exchange Format-File Format Specification);特定的操作模式應(yīng)符合SMPTE 390：素材交換格式——特定操作模式 “OP-Atom”(Material Exchange Format-Specialized Operational Pattern“OP-Atom”);容器應(yīng)采用SMPTE 379：素材交換格 式——MXF 通 用 容 器 (Material Exchange Format- MXF Generic Container)中定義的通用容器。

(2)ISO 26429-4：2008數(shù)字電影打包 (Digital Cinema Packaging)——第4 部 分： MXF JPEG2000 應(yīng)用 (MXF JPEG 2000 Application),該標準對應(yīng)的國家行業(yè)標準是GY/T 293.2-2015,該標準規(guī)定了采用JPEG2000 編碼的碼流映射到MXF通用容器的規(guī)則、提供的鍵值、通用標簽和基本數(shù)據(jù)的描述定義。標準中規(guī)定了JPEG2000碼流到MXF通用容器圖像元素的映射方法采用SMPTE 422：素材 交換格 式——映 射JPEG2000 碼 流 到MXF 通 用 容 器 (Material Exchange Format -Mapping JPEG2000 Codestreams into the MXF Generic Container)中規(guī)定的映射方法。

(3))ISO 26429-6：2008 數(shù) 字 電 影 打 包(Digital Cinema Packaging)——第6 部分：MXF軌跡文件基本數(shù)據(jù)加密 (MXF Track File Essence Encryption),該標準定義了基于幀封裝的非交織MXF數(shù)字電影軌跡文件的加密語法,并指定了匹配的參考解密模型。標準中要求采用高級加密標準(Advanced Encryption Standard,AES)加密算法進行內(nèi)容加密,還可選用哈希運算消息認證碼

(Hash-based Message Authentication Code ,HMAC)——安全散列算法1 (Secure Hash Algorithm 1,SHA-1)對內(nèi)容的完整性進行加密。

(4)ISO 26429-7：2008數(shù)字電影打包 (Digital Cinema Packaging)——第7部分：合成播放列表(Composition Playlist),該標準指定了合成播放列表的結(jié)構(gòu)。合成播放列表是一個獨立的完整電影文件播放列表,它是由一系列有序的電影分本組成,每個分本對應(yīng)一個聲音或圖像軌跡文件,合成播放列表通過分本的順序和時間來控制電影的播放。

(5)ISO 26429-8：2009數(shù)字電影打包 (Digital Cinema Packaging)——第8 部分：打包列表(Packing List),該標準指定了數(shù)字電影打包列表的數(shù)據(jù)交換格式。打包列表指定了發(fā)行包的內(nèi)容,一個發(fā)行包應(yīng)包含一個打包列表,以及和打包列表一起的合成播放列表資產(chǎn)、內(nèi)容資產(chǎn)和其它需要的資產(chǎn)。

(6)ISO 26429-9：2009數(shù)字電影打包 (Digital Cinema Packaging)——第9部分：資產(chǎn)映射和文件分割(Asset Mapping and File Segmentation),該標準定義了數(shù)字電影發(fā)行包到存儲文件之間的通用映射方法,定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于將數(shù)字電影資產(chǎn)標識值映射到文件存儲路徑。

(7)ISO 26429-10：2009 數(shù) 字 電 影 打 包(Digital Cinema Packaging)——第9部分：立體圖像軌跡文件 (Stereoscopic Picture Track File),該標準定義了為封裝立體圖像內(nèi)容的單個MXF 文件設(shè)計,還定義了一個新合成播放列表的擴展元素,用于引用立體圖像軌跡文件。

另外,《點播影院暫行技術(shù)規(guī)范》中還容許圖像編碼可采用除JPEG2000以外的H.264、HEVC 等方式,則需要參考SMPTE 381-3：素材交換格式——映射AVC 碼流到MXF 通用容器 (Material Exchange Format- Mapping MPEG Streams into the MXF Constrained Generic Container)。

3 點播影院發(fā)行包組成及結(jié)構(gòu)

3.1 發(fā)行包組成

根據(jù)《點播影院暫行技術(shù)規(guī)范》對安全級別二級和三級的影片打包要求,其發(fā)行包的組成和專業(yè)影片是相同,兩者都包含了一個打包列表 (Packing List,PKL),一個或多個合成播放列表 (Composition Playlist,CPL),一個資產(chǎn)映射列表 (Asset-Map),一個卷索引(Volume Index)以及一個或多個采用MXF格式封裝的電影音視頻數(shù)據(jù)軌跡文件(Track File)。只是專業(yè)影片對視頻數(shù)據(jù)采用的是JPEG2000的編碼方式,而點播影片可以采用JPEG2000、H.264、HEVC等多種編碼方式,由于編碼方式的不同,其軌跡文件在封裝過程也會采用多種內(nèi)容映射方式和鍵值標識。

另外,對于采用內(nèi)容加密的發(fā)行包,接收方在使用它時,還需要有相應(yīng)的密鑰傳遞消息 (Key Delivery Message,KDM)用于解密,該KDM 并不屬于影片發(fā)行包的資產(chǎn),也通常不與影片發(fā)行包一起發(fā)送。

3.2 打包列表(PKL)的組成及結(jié)構(gòu)

打包列表 (PKL)是由可擴展標記語言 (Extensible Markup Language,XML)來描述的,它包含了10個元素,其中有5項為必填項,分別是：唯一標識 (Id)、發(fā)行日期 (IssueDate)、發(fā)行者(Issuer)、創(chuàng) 建 者 (Creator)、資 產(chǎn) 列 表 (Asset List);另外5 項為可選項,分別是：注釋文本(Annotation Text)、圖標標識(IconId)、分組標識(GroupId)、簽名者 (Signer)、簽名值 (Signature)。

圖1 打包列表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

資產(chǎn)列表 (Asset List)是由一系列的資產(chǎn)(Asset)元素組成,其又包含6個子元素,其中有4個是必填項,分別是：資產(chǎn)標識 (Id)、哈希值(Hash)、大小(Size)、類型(Type);2個可選項,分別是：注釋文本 (Annotation Text)、原始文件名(Original FileName)。

3.3 合成播放列表(CPL)的組成及結(jié)構(gòu)

合成播放列表 (CPL)也是由可擴展標記語言(XML)來描述的,它包含了13個元素,其中有7項為必填項,分別是：唯一標識 (Id)、發(fā)行日期(IssueDate)、節(jié)目標題 (Content Title Text)、節(jié)目類型 (Content Kind)、節(jié)目版本 (Content Version)、節(jié)目等級 (Rating List)、分本列表 (Reel-List);另外6 項為可選項,分別是：注釋文本(Annotation Text)、圖標標識 (IconId)、發(fā)行者(Issuer)、創(chuàng)建者(Creator)、簽名者(Signer)、簽名值(Signature)。

分本列表 (Reel List)是由一系列的分本 (Real)元素組成,它包含三個元素,其中唯一標識(Id)和資產(chǎn)列表(Asset List)為必填項,注釋文本(Annotation Text)為可選項。

資產(chǎn)列表(Asset List)是根據(jù)包含的資產(chǎn)信息不同,而由不同的元素組成,它主要有四個可選項,分別是標記(Main Markers)、圖像(MainPicture)、聲音 (MainSound)、字幕 (MainSubtitle)四個元素,另外標準還預(yù)留了擴展新的資產(chǎn)類型。

圖2 合成播放列表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

3.4 資產(chǎn)映射表的組成及結(jié)構(gòu)

資產(chǎn)映射表也是由可擴展標記語言 (XML)來描述的,它包含了7 個元素,其中6 個為必填項,分別是：唯一標識 (Id)、創(chuàng)建者 (Creator)、卷數(shù)(VolumeCount)、發(fā)行日期 (IssueDate)、發(fā)行者(Issuer)、資產(chǎn)列表(Asset List);另外1項為可選項：注釋文本(Annotation Text)。

資產(chǎn)列表 (Asset List)是由一系列的資產(chǎn)(Asset)元素組成,它包含4個子元素,其中2個為必填項,分別是：唯一標識 (Id)、塊列表(Chunk List);另外2項為可選項,分別是：注釋文本(Annotation Text)、打包列表標識 (Packing-List)。

塊列表 (Chunk List) 是由一系列的塊(Chunk)元素組成,它包含4個子元素,其中1個為必填項：存儲路徑 (Path);另外3項為可選項,分別是：卷索引 (VolumeIndex)、偏移量 (Offset)、長度(Length)。

圖3 資產(chǎn)映射表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

3.5 卷索引的組成及結(jié)構(gòu)

卷索引文件也是由可擴展標記語言 (XML)來描述的,它的根元素是卷索引 (VolumeIndex),該元素僅包含一個子元素Index (索引)。

圖4 卷索引文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

3.6 軌跡文件組成及結(jié)構(gòu)

3.6 .1 MXF文件

點播影院發(fā)行包和專業(yè)影院發(fā)行包一樣,存放音視頻等數(shù)據(jù)的文件叫做軌跡文件,它采用素材交換格式 (MXF)進行封裝。無論是點播影院發(fā)行包,還是專業(yè)影院發(fā)行包,其MXF 的文件結(jié)構(gòu)和包含的數(shù)據(jù)項都相同。MXF文件從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上可以分為文件頭 (File Header)、文件體 (File Body)、文件尾(File Footer)三部分。簡單的MXF文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 簡單的MXF文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

一個MXF文件除了可從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上劃分文件組成,還可以從邏輯上進行分區(qū),從邏輯上劃分,更容易解析文件和管理索引。一個MXF 文件從邏輯上又可以劃分為多個分區(qū),分區(qū)包含了1個頭分區(qū)、0個或多個主體分區(qū)、0個或多個尾分區(qū)。

有的MXF文件頭部可能會有插入部分 (Runin)用于偽裝MXF為別的文件類型,尾部可能會有隨機索引包 (Random Index Pack)用于對各部分的索引。其各分區(qū)的數(shù)據(jù)組成如圖6所示。

圖6 MXF文件各分區(qū)的數(shù)據(jù)組成

3.6.2 KLV 編碼協(xié)議

MXF文件是由一系列KLV (Key Length Value)編碼的數(shù)據(jù)包組成,除文件的插入部分 (Runin)外,所有數(shù)據(jù)都應(yīng)該采用KLV 編碼并沒有間隔。KLV 數(shù)據(jù)包由鍵值 (Key)、長度 (Length)、值(Value)三部分組成。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及描述如表1所示。

表1 KLV 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及描述

其中,鍵值(Key)由16個字節(jié)長度的值來組成,其每一個字節(jié)都規(guī)定了不同的標識作用和取值范圍,它的每部分詳細描述和編碼取值如表2所示。

表2 鍵值描述及編碼

鍵值(Key)中Byte5至Byte7字節(jié)的編碼如表3所示。

表3 UL標示符中5到7字節(jié)編碼協(xié)議

0x03 Wrappers and Containers 01-簡單封裝包和容器 0x01～0x7F 02-復(fù)雜封裝包和容器 0x01～0x7F 0x04 Labels 標簽注冊 0x01～0x7F 0x05 Registered Private Information注冊私有信息 0x01～0x7F 06～7E Reserved 保留

根據(jù)鍵值(Key)的不同可以標識出KLV 數(shù)據(jù)包存儲的是文件描述數(shù)據(jù)、音視頻原始數(shù)據(jù)還是其它數(shù)據(jù),并按照MXF 文件的格式要求,將不同的數(shù)據(jù)放置到文件的不同的部分,其中最主要的音視頻等數(shù)據(jù)需要放置到素材容器中,但由于點播影院的音視頻數(shù)據(jù)文件在KLV 編碼過程中,采用了JPEG2000、H.264、H.265 等多種音視頻壓縮方式,其對應(yīng)的數(shù)據(jù)映射方式也更多樣,所以其鍵值(Key)也根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)的編碼方式以及數(shù)據(jù)映射方式來形成不同的值,并生成各種KLV組合。

3.6.3 通用容器(General Container,GC)

圖7 通用容器、內(nèi)容包和KLV 之間關(guān)系圖

通用容器 (General Container)是一種數(shù)據(jù)流容器,它通過將不同類型的素材數(shù)據(jù)交織在一起,形成時間同步的數(shù)據(jù)流,保障音頻、視頻素材能夠連續(xù)解碼播放。每一個通用容器 (General Container)是由1 個或多個內(nèi)容包 (Content Package,CP)組成,每個內(nèi)容包(Content Package)又由最多5個數(shù)據(jù)項 (Item)組成,每個數(shù)據(jù)項 (Item)又由最多127 個KLV 包組成,其3者之間的關(guān)系如圖7所示。

點播影院發(fā)行包的各種素材數(shù)據(jù)在生成各種KLV 組合時,需要按照數(shù)據(jù)到通用容器 (General Container)的格式要求來組織數(shù)據(jù),并最終存放于MXF文件的素材容器部分。

3.6.4 內(nèi)容映射

素材數(shù)據(jù)映射到通用容器 (General Container)的形式有三種：基于幀的映射 (Frame Wrapping)、基于片段的映射(Clip Wrapping)和自定義的映射

(Custom Wrapping)。

在基于幀的映射 (Frame Wrapping)方法中,每個通用容器 (General Container)包含1個或多個內(nèi)容包 (Content Package),每個內(nèi)容包中的內(nèi)容為1 幀 (Frame)或1 場 (Field)的素材數(shù)據(jù)?；趲挠成涫疽鈭D如圖8所示。

圖8 基于幀的通用容器映射示意圖

基于片段的映射 (Clip Wrapping)方法中,每個通用容器中只能包含1個內(nèi)容包 (Content Package),每個內(nèi)容包的內(nèi)容為1或多幀 (Frame)/場(Field),其映射示意圖如圖9所示。

圖9 基于片段的通用容器映射示意圖

不符合基于幀映射 (Frame Wrapping)和片段映射(Clip Wrapping)的,都應(yīng)該定義為自定義映射。自定義映射要求至少制定以下要求：每個內(nèi)容包(Content Package)都按時間基數(shù)計量的時長;每個內(nèi)容元素 (Content Element)是否時長固定;每個內(nèi)容元素(Content Element)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),以及素材數(shù)據(jù)到該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的映射方法;在SMPTE 377-1規(guī)則下,是否可以索引,如何在映射方法中應(yīng)用。自定義映射也應(yīng)當遵循ISO 26429系列標準中規(guī)定的內(nèi)容包 (Content Package)結(jié)構(gòu)、KLV編碼結(jié)構(gòu)、元素鍵值和容器標簽。常用的自定義映射類型有分組原始流 (Packetized Elementary Streams,PES)、 圖 像 組 (Group Of Picture,GOP)等。

目前點播影院暫行技術(shù)規(guī)范并沒有嚴格要求采用哪種映射方式,這就要求不同的系統(tǒng)和設(shè)備廠商要具備多種映射方式處理能力,才能保證播放不同廠商制造的發(fā)行包。

4 小結(jié)

本文按照 《點播影院暫行技術(shù)規(guī)范》中,針對于安全級別為二級和三級的點播影院系統(tǒng)和設(shè)備制作點播影院發(fā)行包的要求,介紹了要參照的ISO 26429系列標準,以及按照標準,詳細介紹了點播影院發(fā)行包的文件組成及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但由于本文的篇幅有限,不能對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中具體的數(shù)據(jù)生成方法和規(guī)則詳細說明,希望對點播影院各參與方在點播影院發(fā)行包的制作方面提供一個總體性了解。