东华大学

工程硕士学位论文开题报告书

学    号：        G08091       

姓    名：        xxx       

工程领域：        控制工程     

企业导师：         xx         

学校导师：        xxx        

开题日期：       20##-11-9      

填表日期：      年    月    日

工程硕士生课程学习完成情况

数字媒体内容后期制作环境建设研究

文献综述

1．数字中间片技术概述

数字媒体内容后期制作的核心是数字中间片技术。数字中间片是近几年电影制片领域中的热点。长久以来，电影制作人一直希望可以像电视制作人那样，只需要坐在视频监视器前就可以完全按照自己的意愿完成编辑、特效、调色等一系列工作，并制作出自己想要的作品。这种愿望也许就是“数字中间片”得以产生和发展的原动力。

数字中间片不是特指某种类型或者型号的电影胶片，而是特指一种影片的处理方式或过程。在这种方式下，我们可以将整部影片进行高分辨率的数字化处理，并在此基础上完成编辑、视觉特效、颜色处理、字幕等一系列工作，最终把成片输出到电影胶片或其介质。由于到目前为止，全部采用数字技术放映的电影院数量还相对较少，大多数观众看到的电影仍然是通过电影胶片放映的。

DI技术可以带来很多益处。对于影片创作者来说，DI可以为他们提供以往传统胶片处理技术难以提供的自由创作空间。利用DI过程中强大的校色工具，操作者可以按照坐在一旁的主创人员的要求改变画面的对比度、利针对某种颜色进行单独分离及控制、增加特殊光效等操作、用“窗口”功能有选择地对画面局部进行颜色调整和散焦、进行多个场景间的颜色匹配，而所有这些操作的结果会以所见即所得的方式实时地反映到大银幕上。这种处理方法和方式在以往的影片制作过程中是很难想象的。对于影片出品方来说，DI意味着能够以最便捷的方式使他们最快地获得回收投资。采用DI最后制作得到的完成母版除了可以印到胶片在电影院放映，还可以制作成数字影院节目直接以数字方式放映，可以制作成流媒体方式在计算机网络中发行或者向手机用户发行，可以制作成在电视台放映的HDTV节目，可以制作成录像带或DVD发行等等，而所有这些格式的制作都非常便捷。对电影观众来说，DI代表着更高的图像质量。对环保人士来说，DI意味着影片的制作过程中，能够更少地涉及胶片冲洗过程，能够大幅度减少汞、银等重金属有害物和废水的排放。

利用数字技术来实现创意已成为动漫产业的发展趋势。从真实到幻想，动漫不仅仅受到了青少年的欢迎，也为成人所喜爱。迪斯尼数字动漫作品《花木兰》风靡全球。一场匈奴大战仅用了5张手绘士兵图，电脑更是画出三四千个士兵的不同表情。但是如果用传统制作方式，《花木兰》可能由5年延长到20年。数字技术给动漫产业带来了一场革命的风暴。 好莱坞的《虫虫特攻队》、《小蚁雄兵》等影片也完全采用了renderman等数字动漫技术。数字动漫已成为国际动漫产业重要的发展方向。

2. 数字中间片技术研究现状

数字中间片是在不断积累技术进步的基础上产生的。20世纪70年代，部分电影的画面的某些特技效果只有依靠数字化处理才能实现，因此当时开始出现了把电影画面进行数字化的胶片扫描仪以及把完成的数字画面记录回电影胶片的胶片记录仪，这些设备在之后经过二十多年的不断改进，性能不断得到提高。但是受限于计算机处理能力以及数据存储的容量，从时间以及资金上来讲将电影全片数字化是不太合理的。与此同时电影画面的数字处理技术可能仅仅局限在部分镜头的处理上。进入21世纪之后，高速计算机及海量存储技术的出现产生了高分辨率的高精度颜色处理的高速的胶片扫描输出系统，这一系统的出现在合理的时间和资金范围内实现了全片数字化，数字中间片制作工艺也就非常自然地进入到制作领域。在最近几年里，数字中间片技术仍然在不断完善，影响也不断扩大。近几年好莱坞的影片大部分都是采用数字中间片技术来进行制作的，而观众熟知的大片如《魔戒》、《哈利波特》、《夺宝奇兵》、《变形金刚》等则必然是采用数字中间片技术进行后期制作。同时，数字中间片从美国走向了全球电影制作领域，其发展速度之快大大超过了人们的预期。

2.1国外研究现状

在数字媒体内容后期制作的发展经历了一个比较漫长的历程。电影在诞生的初期不存在后期制作流程这一概念，因为电影最初目的只是为了记录。拍摄完的底片，经冲洗即直接制作成正片观看，当时的后期制作也仅仅简单指的是冲印的过程。冲印过程在现在整个电影后期制作流程中只不过是一个非常小的环节。早期电影既然没有对电影进行二次加工这一过程，那后期制作的流程也就无从谈起了。当人们发现不同镜头的组接可以表达各种不同含义的时候，“剪辑”的概念便出现了。“剪辑”的出现就表示电影在拍摄完成之后还需要二次加工的工作流程，因此如何完成二次加工便是后来产生的后期制作流程概念。最初的电影后期制作只是为了将镜头进行组接，因此这一过程到的工具极其简单，简单到只要用到剪刀和胶水，这种最简单的流程一般便称作传统流程。

上世纪70年代，随着磁带技术、计算机技术以及电子技术的发展，工程师们逐渐开始去尝试使用电子设备完成视频的剪辑。视频剪辑在此之前采用的是线性编辑方式，就是利用两台磁带录放机进行联机对编的方式完成。上世纪80代末，电影已经开始用计算机来完成各种视觉特效镜头。由于电影的拍摄和放映当时采用的是胶片，但是视觉特效制作需要使用到计算机，因此视觉特效镜头制作确立了一种“胶片→数字→胶片”的制作途径。虽然在当时大多数电影里使用的视觉特效镜头仅有短短的几分钟，但是这一制作方法却对之后的电影制作工艺产生了深远的影响。伴随着数字技术的日趋进步以及工作成本的降低，到90年代之后，一些制作单位逐渐尝试把所有的镜头全部进行数字化处理，并将越来越多的工作尝试转移到数字环境中完成，从一开始的“胶片→数字→胶片”的制作途径渐渐演变产生了一种新的电影后期制作方法，这就是数字中间片的概念(Digital Intermediate，DI)。

2.2国内研究现状

数字媒体内容后期制作技术在我国发展较晚。数字中间片技术在我国是从20##年开始全面推广使用的。《太行山上》是全程采用数字中间片制作的第一部国产电影，该片荣获了20##年度最佳影片奖金鸡奖，《云水谣》了荣获20##年度最佳影片奖金鸡奖。从这两部电影的获奖情况可以看出政府以及电影行业对这一新技术、新工艺的肯定及推广。

参考文献

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摘要:本文介绍了数字中间片的概念,实施数字中间片的目的,其发展过程,发展原因,数字中间片的整体工艺流程及其所包含的各个层面的技术内容和发展趋势。

[4] 邓琨.DI数字中间片技术及其应用.电视字幕,特技与动画,20##年12期.

摘要:在电影制作流程中,电影场景到放映画面的处理过程有三个主要部分:图像捕捉、中间片和影像重现。此后还包括发行,放映与/或转播。中间片阶段承担的是制作可交付使用的最终“影片”。传统上中间片阶段由洗印厂完成,进行剪切、增加光学效果以及洗印制作发行拷贝。随着数字技术的发展,越来越多的电影生产和后期制作过程采用数字化完成,这个数字化处理过程和相关产品称为数字中间片。

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Abstract:Paper presents hybrid on-line UPS system (H-UPS). Presented system is based on a on-line (double conversion) UPS. H-UPS consists of two controlled energy storage systems. The first one is a static energy storage system based on supercapacitor bank. The second energy source is adjustable speed generating system supplying DC link voltage. A control concept of the UPS operation, according short and long failure of the supply utility voltage is developed. The 5 kW H-UPS is designed, built and tested. The control unit is built using DSP processor based on Shark from analog devices. The design and system stability tuning is achieved using PSIM software. Laboratory tests confirm high quality of the produced AC voltage during transients (voltage failure) and during steady state operation without external supply voltage.

[8] 周志敏，张乃国.UPS供电系统的设计.UPS应用.2007, 11(77): 61-63

摘要：观以“UPS供电系统的设计”为题继续开展技术讲座，拟就民航管制中心、电信机房、互联网数据中心、电视网络、发电厂及银行等部门为例进行讨论，供业界人员参考。

[9] Itoh, J.; Tamada, S.; A novel engine generator system with active filter and UPS functions using a matrix converter. Power Electronics and Applications, 20## European Conference on 2-5 Sept. 20## Page(s):1-10

Abstract:This paper proposes the application of a matrix converter to a PM generator for power quality compensation, such as reactive power compensation, harmonic current and power interruption. The novel point of this work is that the matrix converter provides reactive power with harmonic current. Simulated and experimental results confirm that the matrix converter can maintain high performance as same as a conventional active filter and an uninterruptible power supply (UPS).

[10] Kato, S.; Miao-miao Cheng; Sumitani, H.; Shimada, R.; Semiconductor Power Converterless Voltage Sag Compensator and UPS Using a Flywheel Induction Motor and an Engine Generator. Power Conversion Conference一Nagoya, 2007. PCC'07 2-5 April 20## Page(s):1680-1685

[11] 梁瑜. 浅析精密空调与民用空调结构和性能的差异. 制冷与空调，2005，5(1)：57-61.

摘要：通过对精密空调与民用空调的结构分析来探讨其功能上的特点和差异 ,结合机组参数 ,对关键的蒸发器部分的换热能力进行了定量分析 ,求得在相同运行条件下的环境控制效果比较 ,得出结构满足并适应功能要求的结论

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[20] 王剑虹，吴海华等.音频解码中子带合成滤波器的快速算法及定点DSP实现，上海交通大学学报，20##年6期.

摘要：高质量的数字音频编解码一般都采用频域子带编解码算法 .以 MPEG- 2 Audio Layer 标准为基础 ,推导了在高质量数字音频编解码算法的子带合成滤波器模块中改进的反向离散余弦变换 ( IMDCT)快速算法 ,并讨论了加窗运算的技巧及其在定点数字信息处理 ( DSP)中实现的具体方法 .在保证运算精度的前提下 ,该基于 IDCT的快速算法在 DSP实时实现中大约可减少 2 /3的运算量与 4/5存储空间 更多还原

[21] 杨俊，蔡宣平等，数字音频技术及其应用与发展(二)，电声技术，20##年6期.

摘要：2．6 MPEG音频 近年来，数字化音频作为一种存储、处理和传输高保真音乐的方法在众多领域得到广泛应用。然而，存储和传输高质量的声音数据需要很高的比特率，以16 bit码长、44．1 kHz采样率的CD音频记录格式为例，每声道需要高达706 kbit／s的码率。这样高的数据传输速率在技术上和经济上对大多数应用都是不现实的，因而需要用高效的数据压缩方法来降低传输速率和减少存储空间。MPEG音频就是诸多压缩音频中始终最具代表性和实用价值的一族数字音频压缩标准，而且还处于迅速应用和不断发展中。 MPEG（运动图像专家小组）是ISO／IEC的一个工作组，负责制定有关活动图像、音频及其组合的压缩、解压缩 更多还原

[22] 鲁道夫阿思海姆.艺术与视知觉，中国社会科学出版社，1984年3月.

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[24] 陈凯，白彩英.网络存储技术及发展趋势[J].电子学报，2002, (12):1929-1932.

摘要：网络存储是信息社会的关键技术.本文讨论了网络存储技术及其应用,分析了网络存储技术的应用背景,对传统存储存技术DAS的特点进行了分析,说明了传统存储技术DAS的局限性,分别讨论了目前网络存储两种主流技术NAS和SAN的特点,分析了网络存储技术相比传统存储技术的优势,指出了NAS和SAN逐渐融合和趋势,并对DAS、NAS和SAN三种技术进行了比较说明.结合学术、市场的研究方向列举了网络存储技术的一些发展方向. 

[25] 蔡皖东.基于SAN的高可用性网络存储解决方案[[J].小型微型计算机系统，2001,(3):284-287.

摘要：存储域网络 (SAN)是一种新的网络存储体系结构 ,通过集中式存储管理机制较好地解决了大容量信息的传送和存储问题 ,具有比传统网络存储模式更好的可用性、可伸缩性和可扩展性 ,可以大大提高整个企业网络的性能 .本文详细论述了 SAN的技术特性和构造方法 

[26] 刘建.两种网络存储技术的对比[J].电子科技，2001, (11):31-32.

[27] 康春荣，苏武荣.数据安全项目案例.存储与备份SAN与NAS容错与容灾，2004,40-50.

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开题报告

1 研究目的和意义

随着全球信息技术的发展和应用能力的不断完善，对文化产业的发展起到了推波助澜的作用。当今社会人们对动漫内容的需求开始快速增长，并逐步累积为动漫产业迅速崛起的巨大动力。动漫产业日益成为具有巨大发展空间的、不断推进不同文化间进行沟通的全球性产业，在全球经济舞台上扮演着重要角色。动漫产业在世界各地得到了政府的高度重视，各主要国家和地区纷纷制订了支持数字媒体发展的相关政策和发展规划。美国、英国、日本、韩国等国家都把大力推进数字媒体技术和产业作为经济持续发展的重要战略。动漫产业在某种程度上已经成为了体现了一个国家在信息服务、传统产业升级换代及前沿信息技术研究和集成创新方面的实力的标志。

中国动漫内容产业发展已初具格局，形成了一批具备带动产业发展能力的龙头企业，并在政府支持下产生了一批公共服务平台。在网络游戏运营方面，上海盛大、九城、金山、海虹等公司占据了网游市场大部分份额。在卡通动漫领域，湖南三辰卡通等动漫制作企业已经在长沙初具群发效应，在数字出版领域，北大方正、书生等公司业绩明显。

在政府层面上，“十五”期间，国家科技部分别在北京、上海、湖南长沙和四川成都建设了四个国家级数字媒体技术产业化基地，对数字媒体和动漫产业积聚效应的形成和技术的发展起到了重要的示范和引领作用。各个基地结合自身特点，针对不同区域需求，形成了各具特色的技术创新和产业聚集区。各基地通过在数字媒体内容制作、技术研发和运营管理等各个环节进行具有自主研发能力的核心技术研究，有力地支撑了区域数字媒体及动漫技术和产业的发展。

国家数字媒体技术产业化基地（上海）以科技引领产业发展为思路，以建立公共技术支撑服务体系为载体，组成了以上海市多媒体公共服务平台为核心的公共服务体系。在此基础上，国家扶持动漫产业发展部际联席会议又于20##年开始支持建设上海动漫公共技术服务平台（本文中以下简称平台）。通过课题建设，该平台具备了面向动漫影视制作服务能力，可有效降低所服务中、小企业的投入成本和运营成本，形成产业积聚效应，为动漫影视产业发展做出了应有的贡献。不过，在本文建设之前，动漫平台还未形成完整的动漫影视后期制作服务链，难以有效满足电影级数字内容后期生产制作服务要求。为了完善动漫平台的动漫影视后期制作服务链，形成基本覆盖全流程的服务能力，建立专业的动漫影视设备机房和一套完整的DI（数字中间片）制作环境势在必行。

2 课题研究内容

为建设一个符合数字媒体内容后期生产制作服务链要求的专业机房环境，本文将集成精密空调、UPS电源、音频设备和高端后期特效等设备。结合平台原有设备的环境，构建一个可满足电影级数字内容后期生产制作服务的DI制作环境。要完成该制作环境主要应完成以下两点重要任务。

1）数字媒体内容后期制作专业机房环境建设。专业机房对工程的保障作用毋庸置疑是相当重要的，工作人员的工作环境、以及重要资料的保存、调出的效率直接影响到整个项目的推进速度。因此，机房建设至关重要

2）DI制作环境建设完善。各种专业设备在整个制作过程中的作用更是显而易见。作为必不可少的生产工具，整个制作系统中的专业设备对项目的影响相当重要，各种设备的选型、调试及整合亦是相当重要的环节。

将多个不同的软硬件平台、不同的系统都在一个完整的架构中统一起来。在平台形成渲染、粗剪、特效、合成和精剪五个数字媒体制作流程中的关键领域，涵盖数字媒体领域的关键流程。以这样一个较为完整的，中高档设备层次较为齐全的系统，专门为数字媒体产业提供服务，是国内所没有的应用创新。同时高端制作系统的建立也是平台积极拓展高端领域，完善渲染及影视后期制作服务链的关键。

3 技术路线（研究方法）

本文分别从数字媒体内容后期制作的专业中央机房设计、DI制作环境以及高端制作设备集成等方面对整个课题进行研究。

3.1数字媒体内容后期制作的专业中央机房设计

机房工程集建筑、安装、电气及网络等多个专业技术方面于一体，设计和施工的优劣程度直接关系到机房设备系统是否可以稳定可靠的运行。数字媒体内容后期制作需要专业的机房环境，这点毋庸置疑。集成整个系统需要集成各种高端设备，对机房的要求势必非常严格。机房环境必须满足各种微电子设备以及工作人员对温度、洁净度、湿度、噪音干扰、电磁场强度、防漏、安全保安、振动、电源质量、防雷、接地等方面的要求。

3.2为了形成一套较为完整的动漫影视制作服务链，本文根据未来动漫影视市场对制作环境的要求，制定出了DI环境系统集成方案。该方案既要保证能够满足业内人士进行动漫影视制作的需要，又要满足足够的经济与实用性。经过对影视设备市场的调查和研究，本文采用了以SAN存储为核心的集成动漫影视制作设备环境的方案。平台目前主要的动漫影视后期制作设备选用了Autodesk产品，考虑到平台建设的稳定性，同时保护已有的投资，DI环境建设围绕Autodesk Discreet产品系列开展，配备三维制作需要的Render farm系统，同时辅以音频制作设备等其它相关设备，将平台原有非线性编辑系统将平滑地融入平台，作为动漫影视生产制作服务链的一部分。

其中绿色节能作为环境建设的重要指标不容忽视。数据中心的能源系统一般情况下有一半的能源消耗在IT设备上，其他的能源消耗在包括UPS设备等的其他基础设施上。电力的成本不容小觑，因此如何节省能源的消耗无论从环保节能的角度或者为企业节省经济成本的角度来说都是至关重要的。图3-1所示为一个典型的在30%额定电容下工作的数据中心电能消耗图

图3-1 30%额定电容下工作的数据中心电能消耗图

3.3高端制作系统集成

高端系统的集成，不仅需要设计者精通各厂商的产品及技术，并且要求能够可以提出相关的技术解决方案。这一条件看似简单，其实从本质上对设计者提出了很高的要求。首先必须对平台的业务模式及组织架构有充分理解，保证平台能够在允许的条件下充分满足平台客户的需求。高端系统的集成不是简单的选择最好的产品的行为，而是选择最适合整个用户群的需求并且要兼顾投资规模的技术。系统集成更多地体现的是设计、调试、开发的技术能力，其中包含技术、管理及商务等因素，是综合性工程。技术是系统集成的核心，商务和管理是项目成功实施的可靠保障。

本文针对平台的主要客户，集成了用于三维制作后期渲染的Render farm系统、用于音频制作的数字音频系统以及Autodesk Smoke和Autodesk Flame等高端影视系统，同时存储系统的集成也是整个系统高效工作的保障。

4可行性分析

公共服务为社会提供的服务价值主要是体现在社会意义上，公共服务既体现政府的公共服务的意志，又能使公共服务自身形成一个永续发展的途径，这是技术公共服务平台的基本运营思想。

数字媒体动漫产业是市场化非常充分的一个产业，同时对技术支撑依赖度非常也非常高。技术公共服务平台的出现，将有效的为产业提供了良好的发展环境，能够取得较大的社会意义。

5技术关键

5.1数据中心节能方法

节能的数据中心必然需要较高的使用效率，而衡量使用效率的较好指标就是电能消耗指标。由于效率这一词汇没有定量的评估方式，只有将不同设备的效率采用共同的指标量化才能够对各个设备分别进行评估。采用电能消耗指标可以简单明了地显示所有设备的能源使用效率。电能的销售单位为千瓦时，1千瓦时表示设备在1000W的功率水平下1小时消耗的电量。通过降低不必要的能源消耗能够降低功率容量相关的成本如UPS能源成本、空调设备能源成本等从而达到节能的目的。

5.2精密空调系统气流组织方案设计

在机房空调气流组织上，本文采用下送风、上回风的方式。该方案具有风流动方向与空气特性相一致，送风均匀，整个机房区域的温差小，送风噪声相对低的优点。这种方式是将低温空气直接从底部送到通信设备内，吸收通信设备的热量后，从机房顶部回到空调机组顶部，空调风流动方向与空气特性相一致，容易得到好的空调效果，比较绿色节能。此外，地板下的空间比风管断面的面积要大许多，这就形成了静压箱，采用下送风、上回风方式送风均匀，整个机房区域的温差小。同时，采用下送风方式对于设计施工来说相对简单方便。该送风回风方案设计如图5-1所示：

图5-1 机房送风方案示意图

5.3  以SAN存储为中心的DI生产制作链设计

整个系统平台采用3网结构，由4G-bit光纤网、G-bit私有以太网（以下称私网）和G-bit公用以太网（以下称公网）组成。光纤网是骨干， Apple后期制作工作站以及Autodesk高端后期制作系统都连接在光纤网上以共享数据。生产制作链各环节设备之间协作涉及素材等海量数据的传输，且为提高工作效率这些数据传输要求高速，我们使用了高速存储网络SAN。SAN存储也部署在光纤网络上。光纤网络上各节点连接可采用Qlogic等光纤交换机，使用4Gbit/s的Fiber Channel协议传输。为满足2K级电影制作的需求， 2K级的Autodesk高端后期制作系统接2根4G bit/s的光纤线，而Apple后期制作工作站（数据传输要求较低）接1根4G bit/s的光纤线。

私网主要是为SAN上各节点控制信息传输而构建，控制信息传输使用TCP/IP协议，因而私网采用以太网结构。公网主要是为平台内各节点应用交互信息传输而构建，需要支持基于TCP/IP的wiretap/NFS等应用协议，因此也采用以太网结构。

整个SAN的管理系统采用Quantum的StorNext解决方案，通过热备份的MDC(元数据管理中心)节点进行管理。由于采用热备份，在单个MDC节点崩溃时整个系统平台的运行仍不受影响，可大幅提高系统平台运行的健壮性。

Autodes设备平台间协作使用wiretap协议。Autodesk Discreet单台设备都配备有Stone存储，但这些存储都只能为其所属的设备直接访问，不能够共享，但适用于不需要协同制作的场合。

整个系统平台具有较好的扩展性。光纤交换机可通过堆叠方式扩容，如联入系统平台的设备数量增加只需增加交换机容量即可；如并发业务增加导致对存储需求增加，则增加存储阵列加入光纤网即可满足需求。    

6.难点与不足

数字媒体内容后期制作环境建设研究，是一个具有挑战性及实际意义重大的课题。虽然本文将建设支撑动漫平台运营的专业机房环境和一套DI（数字中间片）环境，形成一套基本覆盖数字媒体制作全流程的生产制作链，并能够在关键技术上取得一些研究成果，但由于受研究时间和条件的限制，动漫平台的数字媒体生产制作流程涉及的多种设备系统，如Apple Final Cut Pro、Autodesk Smoke、Autodesk Flame及三维制作等设备系统运行在Linux、osx和windows等异构操作系统上，其素材难以共享复用，在今后的项目中将继续研究。

7．进度安排与预期成果

7.1 进度安排

5)        查阅相关资料和进行课题初步分析。

       20##年11月至20##年12月

6)        对各种专业设备进行分析选型。

    20##年2月至20##年6月

7)        完成系统搭建，进行整体调试、改进。

    20##年7月至20##年10月

8)        完成论文准备答辩。

    20##年11月至20##年12月

7.2       预期成果

1）在国内刊物或会议上发表论文1~2篇；

2）完成硕士学位论文。