将DVD部分技术移植到DVB数字电视广播的实验

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将DVD部分技术移植到DVB数字电视广播的实验

深圳市同洲电子股份有限公司韦斌（本文发表于《卫星电视与宽带多媒体》2014年第1期）

摘要：DVD数字视频光盘技术的出现，可谓是电视业上世纪末一项伟大的发明。它使得广播级的数字电视技术迅速进入家庭，同时它还提供比当时的电视广播还要先进的技术模式，如16:9宽屏、AC-3杜比多声道环绕立体声、多音轨、多语种可消隐字幕等功能（还有其他如多种结局选择、片段选择、多角度等功能，但不太实用）。借助市场上D版DVD节目的泛滥，我国的电视观众早已熟悉DVD这些先进功能的运用，并充分体会到DVD带来的更高层次的视听享受。但遗憾的是，我国数字电视广播行业的技术却远远赶不上DVD这个十多年前的技术（更别提现在蓝光及3D技术了），主要体现在广播电视网络中，AC-3杜比多声道环绕立体声、多音轨、多语种可消隐字幕等功能的运用上，近乎空白。而这些技术其实是非常成熟的，只是到目前为止，我们看不到国内电视台对此技术的有效运用。在此，我们与读者讨论一下，这些DVD上较为先进的技术，如何运用到广播电视中来。这些解决方案，并不是标准的做法，但非常简单有效。此方案主要是让读者学习到不同的媒体格式之间的转换，通过对DVD这种常见的数字电视技术的了解，继而在DVB广播中如何有效运用相似的技术，迅速掌握DVB广播新技术的特点，提升我们DVB广播制作播出质量。

这其中，我们重点介绍的是将DVD多层不同语种字幕提取出来，用于DVB广播传输与解码的实验。

特别声明：本文只是提供DVD部分技术在DVB广播上的实验播出方案，仅供有兴趣的读者学习参考，请使用者遵守相关知识产权法律，不得用于侵权活动。
关键词：立体声、杜比AC-3环绕立体声、多音轨、VSRip、BDsup2sub、tsMuXerGUI、Potplayer

一、DVD数字视频光盘技术简介

DVD在标准确认之初的全名为Digital Video Disc，因DVD的涵盖规模已超过当初设定的视频播映的范围，因此后来又有人提出了新的名称：Digital Versatile Disc，意即用途广泛的数字化储存光盘媒体，可译为“数字多功能光盘”或“数字多用途光盘”。它集计算机技术、光学记录技术和影视技术等为一体，其目的是满足人们对大存储容量、高性能的存储媒体的需求。DVD光盘不仅已在音/视频领域内得到了广泛应用，而且将会带动出版、广播、通信、互联网等行业的发展。我们这里所说的，主要是应用在视频领域的DVD视频光盘技术。


图1、VHS家用型录像带，曾经风靡世界，影响了整整一代人，但最终被DVD数字光盘打得一败涂地。而DVD独领风骚十几年，很快也被新的媒介所逐步替代。但DVD技术中一些先进的东西，还是值得我们去学习的。

下面以最常见的单面单层的DVD-5规格视频光盘为例，怎样将DVD部分先进技术运用到DVB广播中来。


图2：DVD影碟的通用标志

DVD-5的容量约4.7 GB，称为数字视频光盘或数字影盘。是一种体积小、携带方便、经久耐用、存储量大、高品质的视频、声频、字幕等影像资料的数据光盘。DVD采用MPEG-2标准影像压缩技术，其分辨率可达720×576（PAL制）或720×480（NTSC制），远超过VHF录像带及VCD的352×240分辨率。MPEG-2水平解像度高达500线以上，而且使用了合成影像技术来防止色彩的失真与图像抖动，可为家庭用户提供演播室播出水平的视频音频效果。


图3、DVD碟片，采用直径12cm的CD光盘塑胶媒介制作，价格低廉。


图4、DVD光盘，一张小小塑料片就是一部清晰度很高的电影节目，这在二十多年前是难以想象的。而今天，这一技术也已经落伍了。

DVD光盘除了具有更大的存储容量、更高的清晰度外，还增加了如下功能：
(1) 在音效方面采用了Dolby AC-3 （5.1声道）或DTS环绕立体声，让观众体验到身临其境的感觉；
(2) 多音轨技术（如可放置多达8种语言）的普遍采用，适合节目国际化或少数民族方言的运用；
(3) 多种可消隐文字字幕（支持多达32种不同的语言字幕，让观众以最适合的文字来欣赏影片）；
(4) 提供4:3或16:9的高品质视频图像；
(5) 多角度观赏选择，在欣赏影片时可切换不同视角；
(6) 每一张盘上可放置多个节目（如可放置同一影片的不同版本）；  
(7) 父母锁定控制；
(8) 版权保护。
这其中，对观众影响较大的是前三项。我们要移植到DVB数字电视广播实验中的技术，主要也是这三项技术的运用。DVD作为上个世纪末的技术，在今天看来很多指标已经过时，但相对于我国的DVB数字电视广播，它前三项技术的运用却还基本处于空白。甚至国内很多专业的电视工作者，也不了解立体声及多音轨、多语种字幕功能在DVB数字电视广播上的运用技术。我们通过对DVD技术的温习，借鉴其先进的技术项目，提高我们的DVB数字电视广播制作播出质量，而不是生搬硬套将DVD技术移植到DVB广播中来。

下面，我们先来看看DVD碟片的内容：

图5、用电脑打开DVD视频光盘，我们首先看到有两个文件夹AUDIO_TS和VIDEIO_TS。其中，AUDIO_TS是预留文件夹，并没有数据，而VIDEIO_TS才有内容。

需要指出的是，DVD最初是对内容进行了区域和内容版权保护的，采用Css技术进行加密，光盘数据无法打开及复制。最初的DVD盗版市场，当时盗版DVD光盘节目内容的获得，是通过DVD播放机AV接口采集无字幕的视频音频信号，再重新进行编码的，跟复制模拟电视一样，图像越复制越差，也难以保留原版中的多音轨及可消隐多语种字幕。盗版DVD光盘即使有多音轨和字幕，也是重新制作的，效果比不上原版。这种低水平的盗版根本无法跟正版DVD相比，完全发挥不出DVD的优势。

而今天我们在市场上所见到的DVD光盘，绝大多数是被破除了区域保护和内容保护的盗版碟，一些国内正版DVD也没有进行内容保护。因为这一内容保护技术在十多年前，被一位当年仅十六岁的荷兰天才黑客少年，使用自行开发的小程序DECss进行破解并公开，导致全球DVD光盘的保护失去意义，完整复制DVD光盘数据成为轻而易举的一件事。从此，盗版DVD光盘音像质量可以做得跟正版光盘一模一样，这在录像带时代是难以做到的。那位天才少年黑客，在给音像产业带来惨重损失的同时，他本人并没有从中得到一分钱报酬，反而因此吃了官司。


图6、打开VIDEIO_TS文件夹，可以看到里面有BUP、IFO、VOB等文件。

其中BUP、IFO 为字幕等索引文件，而视频、音频、字幕等主要内容则封装在VOB文件中。VOB文件是DVD Video OBject的缩写，意思是DVD视频对象，它只是一种封装格式，内含的是电影的实际数据。这种文件相当于VCD 的DAT文件，这些文件如果没有被加密，则可以直接进行拷贝，即可以将这些 VOB文件和一些字幕IFO文件直接复制到硬盘。当初制订标准时由于技术条件限制，一个VOB文件仅能封装1GB的数据，所以VOB文件不能超过1GB大小，一部电影往往被拆分成几个VOB文件，但播放时DVD影碟机或播放软件可以无缝将节目平滑播出。


图7.DVD光盘播放时往往先出现一个选择画面，观众可以选择不同语言音轨、字幕或片段，具有简单的交互功能。这在实时传送的DVB数字电视广播上较难实现，但在NVOD及VOD视频点播中则有类似的功能。


图8、DVD光盘带有片段菜单选择，类似书本的目录，可以任选片段快速进入；这在较先进的DVB广播中也有类似的马赛克导视频道，可以快速预览电视节目并选择进入不同的片段。


图9、在电脑上看DVD节目，只需要用播放软件打开VOB文件即可看到视频、多音轨的音频和多层字幕（如果有的话）。这一技术对十多年前的国内观众来说，是比较新颖的，但我们的DVB电视广播至今仍没有做到这一点。

二、立体声及环绕声技术的运用

立体声技术在模拟电视广播时代及LD、VCD时代，国外发达国家和地区就就大量采用。而到了DVD时代，AC-3杜比环绕声则从电影界移植到视频光盘中来，杜比AC-3几乎成为DVD音频技术的标配，更高级的还采用DTS次世代音响技术来制作DVD。借助AC-3多声道环绕声解码器及家庭影院设备，观众不仅可以欣赏到清晰度较高的视频图像，还能欣赏到接近电影院音响效果的多声道环绕声。美国、香港等地的DVB数字电视广播，一开始就将杜比AC-3作为电视伴音的标配。

制作环绕立体声还是比较复杂的，需要用左、右、中置、重低音、后左声道、后右声道等6个声道记录声音（俗称5.1），再通过杜比编码器，采用压缩技术压缩为两条轨道。比仅使用两个话筒及喇叭，收录传送普通双声道立体声复杂多了。硬件上需配置杜比AC-3编码器，接收端则需要有杜比AC-3解码器及功放、从两条轨道中分离出6个声道，实现环绕声的重放。如果仅用两个音箱传送混合声道，则只有普通双声道立体声效果，失去环绕声的意义。


图10、想完美再现环绕立体声，这些硬件设备必不可少。环绕声好是好，就是实行起来比较麻烦，只在音响发烧友小圈子里或附庸文雅的富人家庭中流行。

环绕声技术在我国DVB广播上的运用还很少见。虽然我们的高清电视推荐采用杜比AC-3环绕声技术，但实际收听中，环绕声的运用极为罕见。不少省台高清卫视节目还在采用MPG双声道伴音技术，仔细一听其实连普通立体声都算不上，完全是单声道。

话又说回来，普通家庭很少配备家庭影院的多声道音箱及功放，绝大多数家庭采用电视机扬声器收听伴音，采用普通双声道立体声就够了，完全没有必要采用杜比AC-3环绕立体声。杜比AC-3环绕立体声的制作及还原都较为复杂，没有几家电视制作单位会采用的，也没有几家单位愿意采用。我国高清电视的杜比AC-3环绕声在目前基本属于摆设。

要在DVB电视广播中重现立体声是非常容易的，只需要有立体声节目源（其实现在电视制作机构制作的节目，很多都是按立体声方式制作的），编码时按左右声道输入到编码器即可。接收端机顶盒将声道设置为立体声，就可以使用电视机上左右两个喇叭，还原出立体声伴音。

三、多语种可消隐字幕的提取和转换

我们知道DVD字幕是图形字幕，将DVD字幕提取出来，转化成流行的Srt等格式的文本字幕，这在网络上已经有很多教程，是一种比较成熟的技术。DVD英文字幕采用SubRip软件进行识别、提取，成功率最高，也最简单；而中文等字幕则需要采用OCR光学识别技术，进行识别与校正，也是很成熟的技术。但有时候会由于原版字体不规则，导致整部影片的字幕都无法识别的情况。如果DVD原版字幕是日语或韩国语、阿拉伯语等，用现有的软件进行识别就更为困难了。而我们知道，DVB数字电视广播采用的字幕标准是图形字幕，跟DVD字幕是非常相似的，那么能不能将DVD字幕转成可供DVB数字电视广播采用的字幕呢？

目前所知全世界还没有谁公开表示能直接做到。

但经过我们的摸索，还是找到了解决方案，将DVD图形字幕提取出来，转为蓝光字幕专用的SUP格式，用于DVB数字电视广播传输与解码，省略了OCR光学识别过程，将原版的DVD图形字幕直接用于DVB广播，当然也可以用于电脑或多媒体播放机作为外挂字幕直接使用。

我们首先要将VOB包中的字幕文件分离出来。这里，我们采用免费的VSRip（VOB2IdxSub）软件，用它来将VOB中的字幕提取、分解为idx和Sub文件。

图11、VSRip（VOB2IdxSub）是免费的DVD字幕提取软件，用它来将VOB中的字幕提取、分解为idx和Sub文件。

图12、打开VSRip，点击Load IFO，加载DVD光盘中的IFO文件。这里我们以DVD光盘《十七岁的单车》为例。

图13、打开DVD光盘，在VIDEO_TS文件夹中找到后缀为IFO的文件。一般VTS_01_0.IFO为正片的字幕文件，点击打开。

图14，打开成功后，界面会显示出含有字幕的另外几个VOB文件，这时再点击Save To,设置文件存储地址，最后就能将提取的字幕文件存储到该文件夹中。

图15，这里，我们随便给这个文件夹取一个名字

图16，比如，给这个文件夹取一个名字“1”

图17，点击Next进入下一步

图18、稍等片刻，我们就看到左边第二个方框languages(语言)中出现了英文、中文、韩国文。如果全选，将在最后形成一个包含这三种文字字幕的文件。

图19、但我们最好是将几个不同轨道的字幕单独提取出来，便于对字幕进行一些简单的修饰。这里，我们先点击第二个字幕轨道01Chinese(zh)，选择中文字幕。然后点击Next进入下一步。

图20，图形字幕的分离开始了

图21、字幕提取结束，按Back返回上一层菜单接续提取其他轨道的字幕或退出来。

图22、在我们存放字幕的文件夹中，出现了两个新文件idx和sub，idx其实是字幕时间轴文件，sub就是图形字幕的载体，两者缺一不可。这两个文件是可以被很多电脑和多媒体播放器直接识别的，可以作为外挂字幕直接使用。但我们在实际使用中，往往发现字幕显示的效果很差，颜色不对，位置偏下。故下面还需要使用另一款软件BDSup2Sub进行修饰或转换。

图23、BDSup2Sub是一款免费的蓝光字幕编辑转换软件，它需要在Java的环境下运行。如果您的电脑中没有安装Java，就需先到Java官方网站上先下载Java安装，再安装BDSup2Sub，反正都是免费的。

图24、运行BDSup2Sub，点击FileàLoad下载我们提取出来的字幕文件。

图25、这里，我们以提取出来的中文字幕文件为例，如点击chi.idx(其实点击sub文件也是一样的效果)

图26、图形字幕文件被加载下来了

图27、提醒您检查是否正常，直接按确定好了。

图28、随后出现选项菜单。注意，以上参数是PAL电视制式的参数，如果是国内DVD节目，一般不需要修改；然而我们知道，境外绝大部分DVD节目是按NTSC制式制作的，这些默认参数就得修改了。

图29、Resolution制式标准一栏，选NTSC（720×480），FPS场频一栏，选29.97，然后按OK确认。

图30、好了，字幕出来了。左上角Subtitle为字幕序号栏，可选看1~N行字幕。这里显示的字幕为灰色底，如果我们想把字幕变成白底或其他颜色，就要进行下一步操作了。
注意，工具栏中间Output Format输出格式栏，要选为Sup(BD)，即蓝光字幕格式，因为其他格式是无法用于DVB广播传输的。

图31、点击左上角Edit编辑栏，选择第四项Edit DVD Frame Palette(编辑DVD框架调色板)

图32、有四个颜色层选项，分别对应字幕背景、字体底色、字体边缘色、字体颜色等。由于不同DVD字幕参数设置可能都不同，这里可能需要您一个个试了。

图33、这是个苦力活，慢慢玩吧。左边栏是各种可选的颜色，右边栏是颜色深度，为0~15,0为透明，15为最深的颜色。大家可以根据显示的效果自定。注意，背景色一定要设置为透明的，否则最后字幕显示会出现非常难看的背景方框。最后别忘了点击Set All，把全部字幕都变成相同的参数设置，否则字幕颜色会不一样。

图34、我们这里选用白底黑边的字幕，最后按OK确定

图35、在左上角Subtitle栏检查其他序号的字幕是否正常。

图36、如果没问题，就准备把文件存下来吧。点击FileàSave/Export将文件另存为Export格式的蓝光专用BD SUP格式。

图37、可以看到此格式的文件名后缀有_exp.sup字样，点击Save保存。

图38、保存中，很快的。

图39、在指定文件夹中可以看到图形字幕文件chi_exp.sup已被保存了，这个文件将时间轴与图形字幕封装在一起了。

图40、下面，检查一下我们转出来的文件是否可用。启动Potplayer播放软件，播放DVD光盘中VOB视频文件，一般选第一个，可检查时间与字幕是否吻合。画面出来后，点击右键，出现操作菜单，选“打开”à“打开字幕”

图41、打开我们转换好的后缀为_exp.sup字样的字幕文件。

图42、字幕出来了，时间轴、字幕外形跟原版完全一致。这可是DVD原版的图形字幕，除了颜色和大小，我们没动过其他设置（也动不了）。如果不满意，再重复折腾吧。

图43，如法炮制，转换英文字幕。这里我们试一下选黄色字体。当然，英文的字幕提取比较容易，也可以用其他方式提取制作英文字幕。不过，在这里我们还是直接提取图形字幕好了。

图44、第三条轨道的韩国文字幕也这样处理。这可是韩文字幕，要是用其他软件进行OCR识别，目前可是比较困难的，直接使用DVD原版图形字幕，是最省心的了。

图45、提取出来的英文图形字幕重放效果。

图46、提取出来的韩文图形字幕重放效果。在这里可以看出，使用DVD原版字幕省心多了。

四、DVD内容的提取与重新封装

以上材料都准备好后，我们就进入重头戏了，即制作符合DVB广播格式的TS传输流，将DVD光盘上的视频、音频（有些节目还是多音轨的）及我们刚才处理过的几种轨道的字幕，按DVB封装要求打包封装，形成适合DVB广播传输标准的TS流格式文件。

这里，我们要使用的是俄罗斯蓝光爱好者开发的一款免费的蓝光封装软件tsMuXerGUI。这款软件能将视音频及字幕文件封装为TS流，用于蓝光播放机播放；而我们则是拿来用做DVB流媒体广播播放。


图47、启动tsMuXerGUI，将DVD光盘中的第一个VOB文件VTS_01_1.VOB拖到“输入文件”框中。

图48、傻瓜化操作，按图索骥好了。

图49、tsMuXerGUI是一款功能强大的封装软件，但有些文件格式它还是暂时无法识别（主要是字幕）。按“确定”进入下一步。

图50、tsMuXerGUI解析出来的内容就显示在“轨道”框中。这里我们可以看到视频轨道为MPEG-2格式。tsMuXerGUI还能解析H.264及VC-1的视频，但暂时不支持我国AVS格式视频。音频有两条AC-3轨道，这里的一条是普通话，另一条是广东话。我们如果自己配音，也可以将音轨直接拖进去，tsMuXerGUI可随意改变音轨的顺序。注意时间长度要一致，否则就不同步了。这样，就可以完成多音轨的封装，与DVD完全一样了，所以说多音轨制作是非常简单的。

图51、由于DVD光盘将视音频文件分成几个1G大小的VOB文件，我们需要把它们合并在一起。这时需点击右上角“追加”键，一个个VOB文件按序号追加进来。注意，“添加”则是封装到不同轨道、“追加”则是把几个文件合并为一个轨道。

图52、接着把后缀为_exp.sup字样的字幕文件一个个添加进来，形成不同轨道的字幕。轨道次序可以任意定义，一般将中文作为第一轨道。

图53、音轨和字幕轨道均可在Language(语言)栏中命名，方便识别。

图54、将输出选TS muxing输出模式，再设置好文件存放位置（可以重命名文件名），最后点击“开始”进行封装。

图55、封装开始。由于只是进行TS传输流格式的封装，没有重新进行编转码，所以速度是很快的，一部电影封装时间只需几分钟。

图56、封装完成。该TS流已经将视频、两条音轨、三条字幕轨道按TS流协议封装在一个TS流文件包中，就可以用于DVB数字电视广播了。

五、DVB数字电视广播实验

将封装好的TS流用于数字电视广播前，可在电脑中进行测试。

图57、我们用TS流分析软件TranEdite打开，可以看到该TS流中已成功携带两条音轨和三条字幕轨道。字幕轨道在这里显示为Graphics (Presentation)。

图58、用Potplayer播放，点击右键，弹出操作菜单，选“音频”à“音频选择”à可以选择自己需要的音轨。

图59、点击右键，弹出操作菜单，选“字幕”à“选择字幕”à可以选择自己需要的字幕轨道。
至此，我们将DVD文件转变为DVB广播需要的TS流文件已经成功了。在电脑上播放该TS流文件可以选择多音轨、多语种的可消隐字幕。但要在电视广播中传输，还要进行一些工作。

图60、DVD内容封装成为多音轨多字幕TS流包后，在DVB广播中传输的实验拓扑图。

制作好的TS流文件，可以复制或上传到节目播出服务器中。播出服务器输出端，必须带有TS流输出功能，将该TS流直接输出到复用器中，不要再进行重新编码。如果仅作测试，也可以不使用复用器。在复用器中可进行节目名修改（如改为XX电视台XX频道），方便机顶盒显示不同频道节目号。在复用器中还可以跟其他节目进行再复用，最后打包成一个新的TS流输出到加扰机或调制器中。由于DVD视频编码采用MPEG-2动态编码技术，码流可能在2~8Mbps之间变化，故需多预留点码率空间。经QAM调制后的信号处理就跟以前完全一样了。机顶盒如果有音轨选择功能，就可以很轻松对多音轨伴音进行选择。

但本方案中的字幕格式是直接移植蓝光字幕的，不是欧洲DVB Subtiting字幕标准，目前还没有一款机顶盒能够解调该字幕。但该字幕跟DVB Subtiting字幕标准很相似，对机顶盒代码做一些修改是可以兼容两者的，当然这需要机顶盒厂家的配合。

作为测试，我们也可以使用免费的VLC播放软件，配合USB数字电视接收棒进行测试，可接收QAM调制器播放的TS流，在电脑中重放出来。可测试多音轨及可消隐多语种字幕的传输情况。

六、结束语

实际上，我们略作改动，还可以将蓝光高清节目移植到DVB数字电视广播中来，直接完成高清电视、环绕声、多音轨、多字幕在DVB数字电视广播中的传输与重放。笔者已完成了这方面的测试，完全达到蓝光高清节目源码的效果，收视体验超过目前国内所有广播级高清电视节目。实施细节就暂不介绍了，有兴趣的读者可以自己摸索。

平心而言，我们国内的DVB数字电视广播，目前还没有DVD技术先进。我国很多专业的数字电视技术人员对立体声多音轨、多语种可消隐字幕广播技术运用仍很陌生。直接采用欧洲DVB广播多音轨、多语种可消隐字幕标准进行广播，操作较复杂,成本还是较高的。而移植DVD光盘节目到DVB数字电视广播的实验，可以为我们的数字电视广播技术人员，提供一个很好的练兵的机会。而且这个实验完全是免费的，一个人即可从头到尾独立完成。