基于DCI标准的数字影院系统

基于DCI标准的数字影院系统

王延生

北京邮电大学，北京 (100876)

E-mail：wangys1982@

摘要：本文针对目前数字电影技术国内外现状，提出了自己的一套真正符合数字影院技术规范的数字影院系统，详细介绍了数据码流的处理过程，并在音视频同步和JPEG2000数据流分解方面提出了自己的研究方案。

关键词：MXF；JPEG2000；数字影院系统.

中图分类号：TP

1.引言

数字影院是采用数字信号而非胶片形式进行电影发行、放映，而重现的图像和声音质量与35mm胶片放映相近的系统[2]。美国迪斯尼、福克斯、米高梅、派拉蒙、索尼图像、环球和华纳兄弟7家制片公司于2002年3月共同出资建立了一个专门起草、制定数字影院技术规范并进行相关测试、评价的机构，称为DCI LLC，并于2005年7月正式公布了DCI 规范。目前，数字电影放映设备市场上，占主导地位的是基于MEPG-2标准的电影服务器，但研究表明，其在高码率条件下的图像质量较基于JPEG2000标准的解码系统差，且DCI 规范中将JPEG2000确定为唯一的解码标准。自2005年7月DCI规范公布后，很多厂商做出积极响应，很快都宣称自己开发完成了符合DCI要求的数字影院设备，但销售价格偏高，实现方法均不公开。同时，以美国影院业主协会（NATO）为代表的机构也对DCI技术规范的实施提出了一些质疑，认为数字影院系统和设备需要检验和认证是否真正符合DCI的规定。因此，在数字影院播放系统领域，有必要打破国外厂商的设备垄断，自主研制符合DCI 规范的数字影院系统。

2.系统介绍

2.1系统总体目标

数字影院系统包括节目源获取的数字化、节目制作发行的数字化、节目传输的数字化、影院节目接收与放映的数字化四个环节 [3]。一般通过影院服务器接收节目片源，并实现片源图像的解包、解密、解码。通过高配置的放映机实现影片放映。这一系列过程都要符合DCI规范。

2.2系统总体设计

系统分为如下几个模块，见图1：

外部通信模块：

该层负责与外部的通信，通过该层音视频媒体模块可以接收到外部发来的消息或数据流。该部分通过文件系统载入或者通过网络传输，接收电影公司发行的数据源，然后交给下层的解包模块。该数据源为JPEG2000数据打成的MXF文件。MXF （Material Exchange Format）是为数据的发送者和接收者建立不同数据格式转换的通用标准。它可在专业广播电视环境下转换媒体文件，本质上是一种外壳格式。音频数据源主要是WAV文件。

DCP解包模块：

该层负责对数字影院音视频DCP解包，并将解包后的音频数据流传输到下一层。该层解析的数据包即为MXF包，把MXF中的数据流（一帧一帧的JPEG2000数据）解析出来，它和下一层的解密模块协同工作：如果是加密的MXF文件，则进行解密操作；如果未加密，则直接解析。一般从安全角度考虑，MXF文件都是经过加密的。

图1 视频流程图2 音频流程

解密模块：

该层负责对解包后的音频数据密文流进行解密。该部分主要调用openssl中的aes128进行解密操作。

模块SDK：

SDK主要负责对底层音视频设备的操作，启动线程，接受上层解包获得的数据帧，并把数据发送给下层的驱动设备。在硬件部分因为有三片ADV202芯片对JPEG2000进行解码，因此该部分需要把一帧JPEG2000数据按不同分量分成三部分（简称JPEG200一分三），分别交给三个ADV202芯片分别解码，最后ADV202把解码后的数据合成输出到放映机上。视频硬件和音频硬件：

视频设备主要是ADV202Decoder，包括三片ADV202芯片，音频部分主要是X-FI声卡，他们分别解析视频流和音频流，送到放映机进行放映。

2.3系统总体工作流程

图3 视频数据处理流程

如图3所示：接收模块接收到打包后的DCP包，该包是由电影公司委托发行的，里面是把JPEG2000的数据源打包成的一系列的MXF文件，同时包括播放列表等其他辅助文件。该接收模块接收到DCP包后分析播放列表，然后按列表顺序载入MXF文件。一个MXF文件一般就十几分钟，因此该包中有几个甚至几十个MXF文件，所有的MXF文件组成一部完整的影片。接收模块按列表顺序载入这些文件，然后分别交给下面的解析模块。解析模块解析MXF文件，按照MXF文件格式进行判断，如果是加密的MXF文件则进行解密解析操作，如果是未加密的MXF文件，则直接解析，从中得到JPEG2000的数据帧，交给SDK模块。SDK模块接收到JPEG2000数据后，需要进行分三操作，将一个JPEG2000数据流分成三部分，启动DMA线程，建立缓存，然后把数据再从缓存中拿出来交给驱动。驱动模块把接收到的数据流分别交给三个ADV202芯片，该芯片负责解码JPEG2000数据，因为JPEG2000文件也是一种压缩格式，因此需要该芯片对压缩后的JPEG2000数据进行处理，解码后交给显示器或者放映机进行放映，该数据流到此结束。

3．系统中关键技术

3.1数字影院的音视频同步问题

因为该系统是把音频和视频分开进行解析和处理，因此在播放过程中涉及到音视频同步的问题，同步的原则是越靠近底层，越靠近输出，同步的效果越精确。但是考虑到实际实现，同步方案按由上层到下层，由易到难的顺序可以分成三种情况进行。

3.1.1基于软件部分的同步

参考图1和图2，在MXF文件解析部分，设置一个计数器，记录MXF解析的帧数，每播放到一定的帧数，例如每十帧，就发送一个信号给音频部分。音频部分也有一个计数器，记录正在解析的音频的帧数，当接收到视频播放的帧数后和音频帧数进行对比，如果音频放快了就等待一段时间，如果视频放快了，则向前跃进相应的帧数，因为音频采用的是WAV 数据流未经过压缩，并且硬件解码过程采用的是Creative公司的X-FI声卡，因此容易控制。

3.1.2基于SDK的同步

SDK同步分两层：上层的接收数据同步，下层的传送数据给驱动部分时的同步。

SDK上层的接收数据同步

该部分同步原理同软件部分的同步类似，但是因为比软件部分更靠近底层，因此更加精确，实现起来也更加困难。同步原理也是在视频SDK中设置计数器，在接收到一定帧数的