基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP端到端自動(dòng)分發(fā)方法與實(shí)現(xiàn)

張海悅 劉知一 王木旺

中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所(中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所),北京 100086

1 引言

面對(duì)我國(guó)電影市場(chǎng)新型放映模式不斷涌現(xiàn)的現(xiàn)實(shí),影院除了主流2K 專業(yè)放映影廳外,又相繼出現(xiàn)了CINITY 影廳、中國(guó)巨幕影廳、IMAX 影廳,以及近年來(lái)納入國(guó)家管理的點(diǎn)播影院等放映模式。不同的電影放映模式遵循不同的制作標(biāo)準(zhǔn),例如:專業(yè)影院使用的DCP遵循標(biāo)準(zhǔn)源于數(shù)字電影倡導(dǎo)組織(Digital Cinema Initiatives,DCI)發(fā)布的 《數(shù)字電影系統(tǒng)規(guī)范》,點(diǎn)播影院放映DCP 則是遵循《點(diǎn)播影院暫行技術(shù)規(guī)范》。除此之外,不同的電影放映模式,所采用的音、視頻放映和還原方式也不同,例如:CINITY 放映模式采用高達(dá)120FPS 的幀速率、廣色域放映技術(shù)等。這些不同放映模式的數(shù)字電影數(shù)據(jù)包 (Digital Cinema Package,DCP)并不通用,一個(gè)影院如果有主流2K 專業(yè)放映廳和CINITY 影廳,則需要接收2種格式的DCP；如果既有2K 專業(yè)放映廳,又有CINITY、中國(guó)巨幕和IMAX 影廳,則需要接收4種格式的DCP。

面對(duì)不同放映模式和不同格式的DCP,當(dāng)前電影市場(chǎng)絕大多數(shù)采用的拷貝分發(fā)方式為郵寄硬盤,已有部分放映設(shè)備廠商可以支持網(wǎng)絡(luò)分發(fā)方式,但僅限于使用自身品牌的設(shè)備。這意味著對(duì)于負(fù)責(zé)分發(fā)影片的發(fā)行商或制作商而言,如果想實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行影片分發(fā),可能需要針對(duì)不同的放映設(shè)備使用不同的傳輸工具、不同的分發(fā)操作流程。

針對(duì)上述情況,本文希望提出一種較為安全、高效的端到端分發(fā)方法,可以滿足電影分發(fā)過(guò)程中不同的發(fā)行方、制作方以及放映方需求,并兼容不同品牌設(shè)備,幫助發(fā)行方提升分發(fā)管理效率,幫助影院增強(qiáng)自動(dòng)化管理水平。

2 DCP基于互聯(lián)網(wǎng)分發(fā)的可行性分析

當(dāng)前的電影拷貝分發(fā)主要采用郵寄硬盤、衛(wèi)星傳輸和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)热N方式。以移動(dòng)硬盤等物理媒介為發(fā)行載體進(jìn)行運(yùn)輸分發(fā)一直是電影市場(chǎng)最主要采用的分發(fā)方式,但近年來(lái)隨著互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星傳輸技術(shù)的發(fā)展,以網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星作為分發(fā)方式的優(yōu)勢(shì)正在逐漸顯現(xiàn)。針對(duì)以上三種分發(fā)方式,本文分別從主要成本構(gòu)成、應(yīng)用條件、接收流程、時(shí)效周期等幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)研分析,通過(guò)綜合對(duì)比各自優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn),提出DCP基于互聯(lián)網(wǎng)分發(fā)的可行性和應(yīng)用方向。

如表1所示,郵寄硬盤的優(yōu)勢(shì)是成本可控、可靠性高,這也是其成為行業(yè)最主要分發(fā)方式的原因之一。采用該方式通?？梢愿鶕?jù)影片上映檔期和硬盤容量選擇一次分發(fā)多部、多個(gè)版本影片DCP,從而有效降低單部影片的分發(fā)成本。這對(duì)于單次分發(fā)容量較大或版本較多的影片,尤其是CINITY 等高新技術(shù)格式影片(單個(gè)DCP約2TB左右),在成本和便捷程度等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。但該方式主要問(wèn)題是整個(gè)分發(fā)流程較繁瑣且過(guò)于依賴人力。圖1為郵寄硬盤分發(fā)流程,主要涉及了片源交付、拷貝、運(yùn)輸、導(dǎo)入、寄回等多個(gè)步驟,期間硬盤可能要經(jīng)由發(fā)行、拷貝、快遞、放映等多人之手,整個(gè)分發(fā)過(guò)程涉及大量的人工操作。

表1 當(dāng)前電影拷貝分發(fā)方式主要指標(biāo)對(duì)比

圖1 郵寄硬盤分發(fā)流程

衛(wèi)星傳輸具有覆蓋區(qū)域廣、傳輸速度快、可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn),目前在全球已經(jīng)得到了一定程度的應(yīng)用。利用衛(wèi)星分發(fā)影片的效率相對(duì)最高,例如在具備基礎(chǔ)設(shè)備和非惡劣天氣等基礎(chǔ)條件下分發(fā)一部200GB的影片僅需要約6小時(shí)。但衛(wèi)星傳輸方式需要搭建一套完整的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng),如圖2所示,包括衛(wèi)星上行鏈路、衛(wèi)星平臺(tái)以及為每一家影院安裝地面接收站等,并且每年需要支付高昂的衛(wèi)星租用費(fèi)用。

圖2 衛(wèi)星傳輸分發(fā)流程

基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (Internet Protocol,IP)的網(wǎng)絡(luò)傳輸雖然相對(duì)衛(wèi)星和光纖傳輸速度較慢,但具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣、傳輸損耗低、可靠性高等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn),在20Mb/s至50Mb/s帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,接收幾十GB 容量點(diǎn)播版本的DCP 僅需要幾個(gè)小時(shí),接收幾百GB容量2K、中國(guó)巨幕或IMAX 等版本的DCP則需要0.5～2天左右的時(shí)間,可見(jiàn)基于文件傳輸服務(wù)形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分發(fā)是可行的。但互聯(lián)網(wǎng)傳輸存在著網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、丟包率高等問(wèn)題,并且如果使用常規(guī)的傳輸軟件或系統(tǒng)進(jìn)行分發(fā),在很多環(huán)節(jié)仍然需要人為參與。

綜上所述,不同的分發(fā)方式有各自的優(yōu)缺點(diǎn),面對(duì)當(dāng)前電影行業(yè)中國(guó)巨幕、IMAX、CINITY、LED、點(diǎn)播等放映版本,不同電影發(fā)行放映市場(chǎng)可以綜合考量具體分發(fā)影片特點(diǎn)、影院接收條件等影響因素,選擇最適合自身業(yè)務(wù)需求的分發(fā)方式。本文研究對(duì)象主要針對(duì)2K、中國(guó)巨幕、IMAX 以及點(diǎn)播等常規(guī)格式影片分發(fā),結(jié)合影院多種放映模式場(chǎng)景需求,綜合考慮成本、安裝部署條件等因素,認(rèn)為基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分發(fā)可行性較高,并且具有靈活、便捷、可靠等優(yōu)勢(shì)。同時(shí),在互聯(lián)網(wǎng)傳輸基礎(chǔ)上,本文希望通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)和終端,實(shí)現(xiàn)端到端自動(dòng)化分發(fā),幫助優(yōu)化整個(gè)分發(fā)流程。圖3為優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)傳輸分發(fā)流程。

圖3 優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)傳輸分發(fā)流程

3 基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP 端到端自動(dòng)分發(fā)方法設(shè)計(jì)

為盡可能簡(jiǎn)化電影拷貝分發(fā)過(guò)程中的人工干預(yù),實(shí)現(xiàn)影片DCP從分發(fā)準(zhǔn)備到結(jié)束全流程控制與信息管理,本文基于電影拷貝分發(fā)和互聯(lián)網(wǎng)傳輸特點(diǎn),針對(duì)影院多種模式放映終端需求,提出了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP端到端自動(dòng)分發(fā)方法,盡可能確保整個(gè)分發(fā)過(guò)程中影片文件的安全性和完整性,保證各類影院影片放映的時(shí)效性。如圖4所示,該方法在電影拷貝基礎(chǔ)流程之上,構(gòu)建了一套基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP端到端自動(dòng)分發(fā)系統(tǒng),主要由上傳模塊、接收模塊和分發(fā)管理模塊組成,實(shí)現(xiàn)以影片制作方為起點(diǎn),以影片放映方為終點(diǎn),以影片發(fā)行 (或分發(fā))方為整體控制端,使整個(gè)電影拷貝分發(fā)流程自動(dòng)化并且隨時(shí)可控。

圖4 基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP端到端自動(dòng)分發(fā)架構(gòu)和流程

在基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP 端到端自動(dòng)分發(fā)系統(tǒng)中,上傳模塊由上傳端和接收端組成,上傳端嵌于打包服務(wù)器或具有打包功能的工作站上,根據(jù)制作方或發(fā)行方提交的上傳命令,在檢驗(yàn)DCP格式滿足打包基礎(chǔ)規(guī)范的條件下自動(dòng)將文件上傳至分發(fā)中心存儲(chǔ)服務(wù)器。上傳模塊接收端運(yùn)行于分發(fā)中心存儲(chǔ)服務(wù)器,對(duì)DCP文件進(jìn)行接收,并對(duì)接收完成的文件進(jìn)行完整性與準(zhǔn)確性校驗(yàn),確保傳輸一致性。

在分發(fā)中心環(huán)節(jié),分發(fā)系統(tǒng)以及分發(fā)中心存儲(chǔ)設(shè)備將與分發(fā)服務(wù)保持松耦合架構(gòu),分發(fā)服務(wù)可以采用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) (Content Delivery Network,CDN)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Peer-to-peer,P2P)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幫助提高分發(fā)效率。分發(fā)中心將對(duì)上傳完成的DCP進(jìn)行管理與緩存處理,將DCP 文件緩存至全國(guó)各個(gè)分發(fā)節(jié)點(diǎn),影院可以從距離自己最近的分發(fā)節(jié)點(diǎn)獲取DCP。

分發(fā)管理模塊對(duì)整個(gè)分發(fā)流程進(jìn)行調(diào)度與控制,為不同類型用戶提供不同權(quán)限的網(wǎng)頁(yè)端交互界面,便于維護(hù)基本信息與管理分發(fā)任務(wù)。同時(shí),實(shí)現(xiàn)與上傳模塊和接收模塊的信息交互。

接收模塊嵌于影院管理系統(tǒng) (Theatre Management System,TMS)或放映服務(wù)器等放映終端,將基于分發(fā)任務(wù)自動(dòng)接收DCP文件,并對(duì)文件完整性和準(zhǔn)確性進(jìn)行校驗(yàn),確保影片DCP 可以順利接收、解析與放映。

4 基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP端到端自動(dòng)分發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上文提出的自動(dòng)分發(fā)方法,本文實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)分發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示,分別設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了上傳模塊、(分發(fā)中心)上傳模塊校驗(yàn)端、接收模塊和分發(fā)管理模塊。

圖5 基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP端到端自動(dòng)分發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)圖

上傳模塊和接收模塊主要負(fù)責(zé)提供基本上傳和接收服務(wù),具備文件分段傳輸、斷點(diǎn)續(xù)傳、錯(cuò)誤重傳等基礎(chǔ)性傳輸功能,并對(duì)傳輸完成的文件進(jìn)行準(zhǔn)確性及完整性校驗(yàn),同時(shí)與分發(fā)管理模塊進(jìn)行信息交互。分發(fā)中心負(fù)責(zé)對(duì)DCP文件接收及校驗(yàn),同時(shí)將DCP緩存至各個(gè)分發(fā)節(jié)點(diǎn)。分發(fā)管理模塊包含服務(wù)器端和用戶交互端,其中服務(wù)器端負(fù)責(zé)記錄和返回各個(gè)模塊上報(bào)或請(qǐng)求的數(shù)據(jù),用戶交互端以網(wǎng)頁(yè)形式負(fù)責(zé)與制作方、發(fā)行方、影院等用戶進(jìn)行交互。

為了便于用戶統(tǒng)一對(duì)上傳、接收任務(wù)進(jìn)行管控,且避免用戶對(duì)執(zhí)行程序誤操作等情況,將上傳模塊和接收模塊設(shè)計(jì)為后臺(tái)開(kāi)機(jī)自啟動(dòng)運(yùn)行程序,即在設(shè)備上開(kāi)啟程序后將不會(huì)看到功能界面,統(tǒng)一通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)系統(tǒng)Web界面進(jìn)行查看與控制等操作。

4.1 分發(fā)管理模塊

分發(fā)管理模塊是整個(gè)分發(fā)系統(tǒng)的核心,主要提供簡(jiǎn)易、通用的網(wǎng)頁(yè)交互端幫助用戶有效開(kāi)展信息維護(hù)與管理等操作,并作為服務(wù)端統(tǒng)一對(duì)上傳模塊和接收模塊進(jìn)行控制與信息同步。分發(fā)管理模塊具體包括登錄鑒權(quán)、發(fā)行版管理、影院管理、設(shè)備管理、分發(fā)管理、用戶管理等6個(gè)子模塊?？紤]到數(shù)字電影拷貝分發(fā)流程涉及到制作打包方、發(fā)行方、影院等多種類型用戶,用戶交互端設(shè)計(jì)為面向不同類型用戶提供不同使用權(quán)限界面,以保證數(shù)據(jù)的安全可控。

為滿足對(duì)多種放映版本DCP的精準(zhǔn)分發(fā),分發(fā)管理模塊支持設(shè)定多種放映版本選項(xiàng),并以動(dòng)態(tài)列表的展示方式支持快速創(chuàng)建任務(wù)。如圖6所示,界面根據(jù)用戶所選放映模式自動(dòng)更新相應(yīng)放映版本的DCP列表,并根據(jù)所選版本自動(dòng)更新放映設(shè)備列表,已分發(fā)過(guò)的任務(wù)將標(biāo)記為灰色以作提示,但也可以根據(jù)需要重新提交任務(wù)。

圖6 分發(fā)管理模塊創(chuàng)建分發(fā)任務(wù)頁(yè)面

分發(fā)管理模塊采用B/S模式前后端分離架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)前端 (用戶交互端)與后端 (服務(wù)器端)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立且松耦合,兩者通過(guò)API接口形式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

4.2 上傳模塊與分發(fā)中心校驗(yàn)端

上傳模塊根據(jù)用戶指令將本地設(shè)備保存的DCP自動(dòng)上傳至分發(fā)中心存儲(chǔ)服務(wù)器,整個(gè)過(guò)程支持大文件分割處理、分段傳輸、斷點(diǎn)續(xù)傳、錯(cuò)誤重傳等功能。為避免DCP重復(fù)上傳導(dǎo)致各緩存節(jié)點(diǎn)文件版本不一致等情況,上傳模塊在執(zhí)行文件上傳前,首先與分發(fā)管理模塊進(jìn)行文件信息交互,判斷DCP內(nèi)容是否符合相關(guān)打包規(guī)范、UUID 等信息標(biāo)識(shí)是否唯一等,以確保最終分發(fā)的DCP與KDM 能夠正確匹配和解密。上傳模塊通過(guò)與位于分發(fā)中心的校驗(yàn)端交互校驗(yàn)信息,對(duì)傳輸完成的DCP進(jìn)行一致性校驗(yàn),只有校驗(yàn)通過(guò)后才可以做下一步分發(fā)。

分發(fā)中心環(huán)節(jié)鑒于當(dāng)前CDN 技術(shù)成熟、應(yīng)用普遍,具有跨運(yùn)營(yíng)商、跨地域網(wǎng)絡(luò)覆蓋等特點(diǎn),本文初步選擇以租用方式進(jìn)行CDN 網(wǎng)絡(luò)傳輸,幫助加速電影拷貝分發(fā)速度。

考慮到不同打包設(shè)備的操作系統(tǒng)及運(yùn)行環(huán)境各不相同,系統(tǒng)將模塊設(shè)計(jì)為支持Windows、Linux等多種操作系統(tǒng),并打包為獨(dú)立的、無(wú)運(yùn)行依賴環(huán)境的執(zhí)行程序,開(kāi)啟后將作為后臺(tái)服務(wù)運(yùn)行于設(shè)備中,統(tǒng)一通過(guò)分發(fā)管理模塊進(jìn)行調(diào)度。

4.3 接收模塊

接收模塊主要實(shí)現(xiàn)根據(jù)分發(fā)任務(wù)自動(dòng)下載DCP至設(shè)備本地存儲(chǔ)路徑中,整個(gè)過(guò)程支持分割文件合并處理、分段傳輸、斷點(diǎn)續(xù)傳、錯(cuò)誤重傳等功能,并對(duì)傳輸完成的文件進(jìn)行完整性與準(zhǔn)確性校驗(yàn)。模塊在接收期間,將定時(shí)上報(bào)傳輸狀態(tài)至分發(fā)管理模塊服務(wù)器端,便于用戶查看進(jìn)度。同時(shí),對(duì)接收完成的DCP與初始上傳時(shí)的文件信息進(jìn)行再次比對(duì),確保上傳與接收文件的一致性。和上傳模塊相同,因放映設(shè)備各不相同,接收模塊設(shè)計(jì)為支持安裝于多種操作系統(tǒng)、無(wú)運(yùn)行依賴環(huán)境,并作為后臺(tái)服務(wù)運(yùn)行于設(shè)備中。

5 分發(fā)效率測(cè)試

分發(fā)效率是基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行電影拷貝分發(fā)的重要影響因素之一,本文分別使用不同大小DCP,在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,從而基本掌握不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分發(fā)時(shí)效周期,為后續(xù)的傳輸效率優(yōu)化研究提供數(shù)據(jù)參考。

如表2所示,DCP分發(fā)所需具體時(shí)效需要取決于接收端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及DCP大小。很明顯帶寬越高傳輸速度越快,總體來(lái)看分發(fā)時(shí)長(zhǎng)基本可控制在1天內(nèi),這相比郵寄硬盤分發(fā)方式速度更快,而在較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬 (如200Mb/s)下,分發(fā)速度甚至可以和衛(wèi)星傳輸相當(dāng)。此外,經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)CDN 技術(shù)在分發(fā)2K 版本 (容量較大)DCP 時(shí)發(fā)揮作用更為明顯,相比不借助加速傳輸技術(shù)可以快2～3個(gè)小時(shí)?？梢钥闯?基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行DCP分發(fā)技術(shù)成熟、效率可觀,隨著互聯(lián)網(wǎng)價(jià)格不斷降低,帶寬不斷升高,網(wǎng)絡(luò)分發(fā)優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

表2 不同DCP在各網(wǎng)絡(luò)條件下分發(fā)時(shí)長(zhǎng)

6 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)影院信息化管理、智能化升級(jí)、多種放映模式需求,本文設(shè)計(jì)的基于互聯(lián)網(wǎng)的DCP端到端自動(dòng)分發(fā)方法,可滿足2K、中國(guó)巨幕、IMAX、點(diǎn)播等多種電影制作發(fā)行放映體系,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)支持對(duì)多種放映版本影片精準(zhǔn)分發(fā),能夠幫助簡(jiǎn)化影片分發(fā)管理流程,提升分發(fā)效率,避免多余的人力經(jīng)營(yíng)成本。

本文實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能將不局限于此,隨著行業(yè)動(dòng)態(tài)變化和技術(shù)的發(fā)展,在智能化升級(jí)、傳輸速度優(yōu)化等方面,系統(tǒng)將持續(xù)迭代升級(jí),確保符合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì),始終為行業(yè)發(fā)展服務(wù)。