基于互聯網的DCP端到端自動分發方法與實現

張海悅 劉知一 王木旺

中國電影科學技術研究所(中央宣傳部電影技術質量檢測所),北京 100086

1 引言

面對我國電影市場新型放映模式不斷涌現的現實,影院除了主流2K 專業放映影廳外,又相繼出現了CINITY 影廳、中國巨幕影廳、IMAX 影廳,以及近年來納入國家管理的點播影院等放映模式。不同的電影放映模式遵循不同的制作標準,例如:專業影院使用的DCP遵循標準源于數字電影倡導組織(Digital Cinema Initiatives,DCI)發布的 《數字電影系統規范》,點播影院放映DCP 則是遵循《點播影院暫行技術規范》。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120FPS 的幀速率、廣色域放映技術等。這些不同放映模式的數字電影數據包 (Digital Cinema Package,DCP)并不通用,一個影院如果有主流2K 專業放映廳和CINITY 影廳,則需要接收2種格式的DCP；如果既有2K 專業放映廳,又有CINITY、中國巨幕和IMAX 影廳,則需要接收4種格式的DCP。

面對不同放映模式和不同格式的DCP,當前電影市場絕大多數采用的拷貝分發方式為郵寄硬盤,已有部分放映設備廠商可以支持網絡分發方式,但僅限于使用自身品牌的設備。這意味著對于負責分發影片的發行商或制作商而言,如果想實現基于網絡進行影片分發,可能需要針對不同的放映設備使用不同的傳輸工具、不同的分發操作流程。

針對上述情況,本文希望提出一種較為安全、高效的端到端分發方法,可以滿足電影分發過程中不同的發行方、制作方以及放映方需求,并兼容不同品牌設備,幫助發行方提升分發管理效率,幫助影院增強自動化管理水平。

2 DCP基于互聯網分發的可行性分析

當前的電影拷貝分發主要采用郵寄硬盤、衛星傳輸和網絡傳輸等三種方式。以移動硬盤等物理媒介為發行載體進行運輸分發一直是電影市場最主要采用的分發方式,但近年來隨著互聯網和衛星傳輸技術的發展,以網絡和衛星作為分發方式的優勢正在逐漸顯現。針對以上三種分發方式,本文分別從主要成本構成、應用條件、接收流程、時效周期等幾個指標進行調研分析,通過綜合對比各自優勢及特點,提出DCP基于互聯網分發的可行性和應用方向。

如表1所示,郵寄硬盤的優勢是成本可控、可靠性高,這也是其成為行業最主要分發方式的原因之一。采用該方式通常可以根據影片上映檔期和硬盤容量選擇一次分發多部、多個版本影片DCP,從而有效降低單部影片的分發成本。這對于單次分發容量較大或版本較多的影片,尤其是CINITY 等高新技術格式影片(單個DCP約2TB左右),在成本和便捷程度等方面具有很大的優勢。但該方式主要問題是整個分發流程較繁瑣且過于依賴人力。圖1為郵寄硬盤分發流程,主要涉及了片源交付、拷貝、運輸、導入、寄回等多個步驟,期間硬盤可能要經由發行、拷貝、快遞、放映等多人之手,整個分發過程涉及大量的人工操作。

表1 當前電影拷貝分發方式主要指標對比

圖1 郵寄硬盤分發流程

衛星傳輸具有覆蓋區域廣、傳輸速度快、可實現一點對多點等諸多優點,目前在全球已經得到了一定程度的應用。利用衛星分發影片的效率相對最高,例如在具備基礎設備和非惡劣天氣等基礎條件下分發一部200GB的影片僅需要約6小時。但衛星傳輸方式需要搭建一套完整的衛星傳輸系統,如圖2所示,包括衛星上行鏈路、衛星平臺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星租用費用。

圖2 衛星傳輸分發流程

基于互聯網協議 (Internet Protocol,IP)的網絡傳輸雖然相對衛星和光纖傳輸速度較慢,但具有網絡覆蓋廣、傳輸損耗低、可靠性高等優勢。根據實驗,在20Mb/s至50Mb/s帶寬網絡環境下,接收幾十GB 容量點播版本的DCP 僅需要幾個小時,接收幾百GB容量2K、中國巨幕或IMAX 等版本的DCP則需要0.5～2天左右的時間,可見基于文件傳輸服務形式進行網絡分發是可行的。但互聯網傳輸存在著網絡延時、丟包率高等問題,并且如果使用常規的傳輸軟件或系統進行分發,在很多環節仍然需要人為參與。

綜上所述,不同的分發方式有各自的優缺點,面對當前電影行業中國巨幕、IMAX、CINITY、LED、點播等放映版本,不同電影發行放映市場可以綜合考量具體分發影片特點、影院接收條件等影響因素,選擇最適合自身業務需求的分發方式。本文研究對象主要針對2K、中國巨幕、IMAX 以及點播等常規格式影片分發,結合影院多種放映模式場景需求,綜合考慮成本、安裝部署條件等因素,認為基于互聯網進行分發可行性較高,并且具有靈活、便捷、可靠等優勢。同時,在互聯網傳輸基礎上,本文希望通過設計開發相應的系統和終端,實現端到端自動化分發,幫助優化整個分發流程。圖3為優化后的網絡傳輸分發流程。

圖3 優化后的網絡傳輸分發流程

3 基于互聯網的DCP 端到端自動分發方法設計

為盡可能簡化電影拷貝分發過程中的人工干預,實現影片DCP從分發準備到結束全流程控制與信息管理,本文基于電影拷貝分發和互聯網傳輸特點,針對影院多種模式放映終端需求,提出了一種基于互聯網的DCP端到端自動分發方法,盡可能確保整個分發過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效性。如圖4所示,該方法在電影拷貝基礎流程之上,構建了一套基于互聯網的DCP端到端自動分發系統,主要由上傳模塊、接收模塊和分發管理模塊組成,實現以影片制作方為起點,以影片放映方為終點,以影片發行 (或分發)方為整體控制端,使整個電影拷貝分發流程自動化并且隨時可控。

圖4 基于互聯網的DCP端到端自動分發架構和流程

在基于互聯網的DCP 端到端自動分發系統中,上傳模塊由上傳端和接收端組成,上傳端嵌于打包服務器或具有打包功能的工作站上,根據制作方或發行方提交的上傳命令,在檢驗DCP格式滿足打包基礎規范的條件下自動將文件上傳至分發中心存儲服務器。上傳模塊接收端運行于分發中心存儲服務器,對DCP文件進行接收,并對接收完成的文件進行完整性與準確性校驗,確保傳輸一致性。

在分發中心環節,分發系統以及分發中心存儲設備將與分發服務保持松耦合架構,分發服務可以采用內容分發網絡 (Content Delivery Network,CDN)、點對點(Peer-to-peer,P2P)等網絡技術幫助提高分發效率。分發中心將對上傳完成的DCP進行管理與緩存處理,將DCP 文件緩存至全國各個分發節點,影院可以從距離自己最近的分發節點獲取DCP。

分發管理模塊對整個分發流程進行調度與控制,為不同類型用戶提供不同權限的網頁端交互界面,便于維護基本信息與管理分發任務。同時,實現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 (Theatre Management System,TMS)或放映服務器等放映終端,將基于分發任務自動接收DCP文件,并對文件完整性和準確性進行校驗,確保影片DCP 可以順利接收、解析與放映。

4 基于互聯網的DCP端到端自動分發系統設計實現

根據上文提出的自動分發方法,本文實現的自動分發系統架構如圖5所示,分別設計實現了上傳模塊、(分發中心)上傳模塊校驗端、接收模塊和分發管理模塊。

圖5 基于互聯網的DCP端到端自動分發系統架構圖

上傳模塊和接收模塊主要負責提供基本上傳和接收服務,具備文件分段傳輸、斷點續傳、錯誤重傳等基礎性傳輸功能,并對傳輸完成的文件進行準確性及完整性校驗,同時與分發管理模塊進行信息交互。分發中心負責對DCP文件接收及校驗,同時將DCP緩存至各個分發節點。分發管理模塊包含服務器端和用戶交互端,其中服務器端負責記錄和返回各個模塊上報或請求的數據,用戶交互端以網頁形式負責與制作方、發行方、影院等用戶進行交互。

為了便于用戶統一對上傳、接收任務進行管控,且避免用戶對執行程序誤操作等情況,將上傳模塊和接收模塊設計為后臺開機自啟動運行程序,即在設備上開啟程序后將不會看到功能界面,統一通過瀏覽器訪問系統Web界面進行查看與控制等操作。

4.1 分發管理模塊

分發管理模塊是整個分發系統的核心,主要提供簡易、通用的網頁交互端幫助用戶有效開展信息維護與管理等操作,并作為服務端統一對上傳模塊和接收模塊進行控制與信息同步。分發管理模塊具體包括登錄鑒權、發行版管理、影院管理、設備管理、分發管理、用戶管理等6個子模塊。考慮到數字電影拷貝分發流程涉及到制作打包方、發行方、影院等多種類型用戶,用戶交互端設計為面向不同類型用戶提供不同使用權限界面,以保證數據的安全可控。

為滿足對多種放映版本DCP的精準分發,分發管理模塊支持設定多種放映版本選項,并以動態列表的展示方式支持快速創建任務。如圖6所示,界面根據用戶所選放映模式自動更新相應放映版本的DCP列表,并根據所選版本自動更新放映設備列表,已分發過的任務將標記為灰色以作提示,但也可以根據需要重新提交任務。

圖6 分發管理模塊創建分發任務頁面

分發管理模塊采用B/S模式前后端分離架構進行設計開發,實現前端 (用戶交互端)與后端 (服務器端)系統相對獨立且松耦合,兩者通過API接口形式進行數據交互。

4.2 上傳模塊與分發中心校驗端

上傳模塊根據用戶指令將本地設備保存的DCP自動上傳至分發中心存儲服務器,整個過程支持大文件分割處理、分段傳輸、斷點續傳、錯誤重傳等功能。為避免DCP重復上傳導致各緩存節點文件版本不一致等情況,上傳模塊在執行文件上傳前,首先與分發管理模塊進行文件信息交互,判斷DCP內容是否符合相關打包規范、UUID 等信息標識是否唯一等,以確保最終分發的DCP與KDM 能夠正確匹配和解密。上傳模塊通過與位于分發中心的校驗端交互校驗信息,對傳輸完成的DCP進行一致性校驗,只有校驗通過后才可以做下一步分發。

分發中心環節鑒于當前CDN 技術成熟、應用普遍,具有跨運營商、跨地域網絡覆蓋等特點,本文初步選擇以租用方式進行CDN 網絡傳輸,幫助加速電影拷貝分發速度。

考慮到不同打包設備的操作系統及運行環境各不相同,系統將模塊設計為支持Windows、Linux等多種操作系統,并打包為獨立的、無運行依賴環境的執行程序,開啟后將作為后臺服務運行于設備中,統一通過分發管理模塊進行調度。

4.3 接收模塊

接收模塊主要實現根據分發任務自動下載DCP至設備本地存儲路徑中,整個過程支持分割文件合并處理、分段傳輸、斷點續傳、錯誤重傳等功能,并對傳輸完成的文件進行完整性與準確性校驗。模塊在接收期間,將定時上報傳輸狀態至分發管理模塊服務器端,便于用戶查看進度。同時,對接收完成的DCP與初始上傳時的文件信息進行再次比對,確保上傳與接收文件的一致性。和上傳模塊相同,因放映設備各不相同,接收模塊設計為支持安裝于多種操作系統、無運行依賴環境,并作為后臺服務運行于設備中。

5 分發效率測試

分發效率是基于互聯網進行電影拷貝分發的重要影響因素之一,本文分別使用不同大小DCP,在不同網絡環境下對系統進行測試,從而基本掌握不同網絡環境下的分發時效周期,為后續的傳輸效率優化研究提供數據參考。

如表2所示,DCP分發所需具體時效需要取決于接收端網絡環境及DCP大小。很明顯帶寬越高傳輸速度越快,總體來看分發時長基本可控制在1天內,這相比郵寄硬盤分發方式速度更快,而在較高的網絡帶寬 (如200Mb/s)下,分發速度甚至可以和衛星傳輸相當。此外,經測試發現CDN 技術在分發2K 版本 (容量較大)DCP 時發揮作用更為明顯,相比不借助加速傳輸技術可以快2～3個小時。可以看出,基于互聯網進行DCP分發技術成熟、效率可觀,隨著互聯網價格不斷降低,帶寬不斷升高,網絡分發優勢將更加明顯。

表2 不同DCP在各網絡條件下分發時長

6 結束語

面對影院信息化管理、智能化升級、多種放映模式需求,本文設計的基于互聯網的DCP端到端自動分發方法,可滿足2K、中國巨幕、IMAX、點播等多種電影制作發行放映體系,實現系統支持對多種放映版本影片精準分發,能夠幫助簡化影片分發管理流程,提升分發效率,避免多余的人力經營成本。

本文實現系統功能將不局限于此,隨著行業動態變化和技術的發展,在智能化升級、傳輸速度優化等方面,系統將持續迭代升級,確保符合行業發展趨勢,始終為行業發展服務。