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：TP1.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间隔后，发送信号给上层软件部分，软件部分再发送信号给音频解析部分，然后比较播放的速度，如果音频部分播放的快，就等待一段时间，如果播放的比较慢，则向前跳跃几帧。

因为该同步方式需要从SDK返回到软件层，然后再进行同步校正，因此实现较为复杂。

SDK下层的传送数据给驱动部分时的同步SDK接收数据后，把数据放到一个缓存中，SDK下层部分启动DMA线程，从缓存中拿数据，然后放到驱动中，每隔一段时间就返回到上层软件校正帧数，因此此部分涉及到DMA线程，因此更难实现。

3.1.3基于硬件部分的同步硬件部分音频和视频都设置播放速率为24帧/秒，从而保证播放的同步。

3.2数据源一分三设计由于硬件部分是三片ADV202芯片，因此需要根据具体情况，进行改变，在SDK部分将得到的每帧JPEG2000数据分成三个分量，这个传统的处理码流的方式显著不同。

JPEG2000文件格式分为文件头和文件体部分。

其文件体部分是三个拼接块部分，每个拼接块部分是一个分量，符合DCI标准的JPEG2000文件体部分是Y，Cb,Cr三个分量，在“分三”的过程中要将三个分量分别分成三个不同的码流，分别加上新JPEG2000文件头，然后在放入缓存。

新的JPEG2000文件头设计根据每帧的长度不同建立不同的TLM索引，同时写入新的文件结尾标志0xffd9，这样原来的一帧JPEG2000数据看来似乎变成了三帧JPEG2000数据了，但是因为这个过程是在数据流处理的内部执行，因此是符合DCI标准的。

4. 结论本文根据数字电影的特征及DCI的要求，对数字影院系统进行了设计，该系统已经通过测试，未来可能会在各大影院投入运行。

总之，该系统是完全符合DCI要求的，并且是国内有自主知识产权的，整个流程都是完全数字化的影院系统。

该系统投入运行后可以打破国外的垄断，同时可以根据具体情况更改相应模块，对电影内容进行剪辑和跟踪等，实现很多附加功能，所以该系统具有很好的市场前景。

参考文献[1]“数字影院技术规范”, 好莱坞数字影院倡导组织（DCI） Sep 2005[2]Ying-li Tian, T. Kanade, J. F. Cohn, “Dual-state parametric eye tracking”, Fourth IEEE InternationalConference on Automatic Face and Gesture Recognition, pp. 110-115, March 2000.[3]Xiaoyun Deng, Chip-Hong Chang, Erwin Brandle, “A New Method for Eye Extraction from Facial Image”,IEEE International Workshop on Electronic Design, Test and Applications, pp. 29-34, Jan 2004.The Research and Design of Digtal Cinema System Based onDCIWang YanshengBeijing University of Posts and Telecommunications，Beijing （100876）AbstractThe thesis aimed at designing a whole digital Cinema System. From the whole system target, it proposed a Digital Cinema System based on DCI criterion .It introduced the process of data stream. It especially researched in two aspects, which are synchronization between video and audio, and disparting JPEG2000 data stream..Keywords：MXF，JPEG2000，Digital Cinema System.作者简介：王延生（1982-），男，河北衡水人，北京邮电大学信息工程学院在读硕士研究生，主要研究方向是信息与信息处理。