Televisão digital2001/2002

MXF – Material eXchange Format

Trabalho realizado por:

Rodrigo Almeida ee98028Sérgio Silva ee98161 Paulo Costa ee98175

Introdução:

O formato MXF – Material eXchange Format – é um formato aberto direccionado para o

intercâmbio de material audiovisual com dados e meta-informação associados. Ele foi concebido

e implementado com o objectivo de melhorar a interoperabilidade entre servidores, estações de

trabalho e outros dispositivos de criação. Também foi concebido, tendo em linha de conta arquivos

digitais e tape streamers. A melhoria introduzida assim resultaria numa melhoria no workflow e

num trabalho mais eficiente do que é actualmente possível recorrendo aos variadíssimos formatos

proprietários.

O MXF foi concebido pelos principais envolvidos na indústria do broadcast, com uma grande

quantidade de entrada proveniente das comunidades de utilizadores para garantir que o novo

formato realmente vá de encontro às suas exigências. O MXF tem sido colocado como um Open

Standard, o que significa que é um formato de transferência de ficheiros disponível a todas as partes

interessadas.

O MXF não é um esquema específico de compressão e simplifica a integração de sistemas

usando MPEG e DV, bem como outras estratégias de compressão futuras ainda não especificadas.

Isto significa que a transferência destes ficheiros será independente do conteúdo, não obrigando

ao uso específico de equipamentos. Qualquer processamento requerido pode ser alcançado

simplesmente por invocar automaticamente o hardware e o software apropriado do codec. Todavia,

o MXF está concebido para um uso operacional e portanto toda a manipulação dos processos é

realizada de um modo transparente para o utilizador.

Para além de oferecer maior interoperabilidade – trabalhando com vídeo e áudio entre

diferentes equipamentos e aplicações – outra grande contribuição deste formato é o transporte de

meta-informação (metadata). Por ter sido desenvolvido desde o início como um novo formato,

muito esforço pôde ser investido nesta área, no tocante à sua implementação e ao seu uso. Isto não

só é importante para o funcionamento apropriado dos ficheiros MXF mas também permite o recurso

a novas e poderosas ferramentas na gestão da media bem como a melhoria no workflow por se

eliminar a entrada repetitiva de meta informação.

A mutação tecnológica da produção televisiva e serviços digitais para os telespectadores

implicam que o transporte de conteúdos – programas de vídeo e áudio – nos estúdios também está a

mudar. Não só se verifica um uso crescente de computadores e servidores, mas também uma

expansão da automatização na obtenção e reutilização de materiais. Para além da necessidade de

transportar meta-informação, a transferência de ficheiros é necessária para adequar o uso de

computadores a operações em tempo real.

O desenvolvimento do MXF é o resultado de uma notável colaboração entre a indústria e as

grandes organizações, tais como Pro-MPEG, EBU e AAF Association. Estabelece a

interoperabilidade dos conteúdos entre várias aplicações usadas na cadeia de produção televisiva.

Isto conduz a um aumento na eficiência e na liberdade de criação mediante um ambiente em

rede unificado.

Notas Históricas:

Em 1999, o fórum Pró-MPEG verificou que a indústria de servidores não tinham um formato

comum de ficheiro, apenas formatos proprietários. As primeiras propostas foram feitas em Julho de

1999, tendo-se, a partir de então efectuado um estudo profundo das exigências requeridas pelos

diferentes grupos envolvidos.

No encontro da Pró-MPEG de Atlanta de Maio de 2000, acordou-se que o MXF seria o

resultado do trabalho conjunto entre o Fórum Pró-MPEG e a AAF Association. A meta informação

do cabeçalho foi acordada em ser compatível com o AAF (Advanced Auithoring Format), visto que

a ligação entre os dois formatos era crucial.

Adicionalmente o grupo EBU P/PITV tem sido muito activo no desenvolvimento do MXF.

Como o MXF melhora o Workflow?

A existência de um formato aberto tão abrangente terá, sem dúvida, um grande impacto na

maneira como o material e manuseado. Os passos típicos na produção de um programa televisivo

são mostrados na figura ao lado. Actualmente, a passagem entre os diversos passos compreende

uma mistura de cassetes de vídeo, ficheiros multimedia proprietários, documentos em WORD,

EXCEL, faxes e outros meios para a transferência da meta-informação. Na verdade, a única

meta-informação que é razoavelmente universal é o timecode. Contudo, mesmo este não é muito

claro no sentido que muito trabalho é investido a volta dos problemas envolvendo o timecode, ao

invés deste facilitar a cadeia de meta-informação.

A medida que o MXF é adoptado por

mais e mais fabricantes, mais e mais etapas

do processo descrito irá permitir a

transferência de uma rica quantidade de

meta-informação para o próximo passo de

produção permitindo aos profissionais

concentrarem-se apenas no conteúdo

multimédia e na meta-informação, ao invés de andarem a procura das informações

necessárias.

Isto pode ser demonstrado mediante um simples exemplo: imagine-se que no cenário da vida

selvagem africana estão a decorrer filmagens. Meta-informação de GPS (i.e., as coordenadas

geográficas da câmara) são adicionadas a cada shot de filmagem como uma anotação. Esta

meta-informação residirá no mesmo ficheiro MXF da informação audiovisual à medida que o

programa é criado. Um processo de produção automática poderá, a posteriori, converter essa

informação das coordenadas GPS em meta-informação adicional legível para humanos. Esta

informação no workflow reduz o nível de intervenção humana, ao mesmo tempo que garante a

exactidão dos dados.

O MXF tem ainda a

vantagem adicional de partilhar

um modelo comum com o

Advanced Authoring Format–

AAF, constituindo este um

modelo sofisticado de dados e um

conjunto de ferramentas de software que permite a dispositivos de pós-produção complexos

partilharem a mesma informação e meta-informação. Isto significa que o uso de material num

ambiente de pós-produção e a extracção da informação final deste ambiente é perfeitamente

transparente.

O que o MXF pode fazer:

O MXF é um formato de ficheiro versátil, capaz de realizar um grande número de tarefas,

nomeadamente:

Armazenar trabalhos já concluídos com a sua meta-informação, substituindo assim o uso

de cassetes;

Armazenar ficheiros num formato transferível (streamable), de forma a ser visível

enquanto se transfere;

Encapsular uma lista de ficheiros a executar e guardar a sua informação de

sincronização;

Encapsular qualquer tipo formato de compressão.

Para se entender melhor este conceito, é preciso diferenciar entre as operações de streaming e

de transferência de ficheiros.

Normalmente, a emissão televisiva é construída a volta do streaming de vídeo e áudio. Isto

é lógico no sentido que a acção na cena original é captura em tempo real de modo contínuo,

permitindo a pré-visualização por parte dos intervenientes, num processo conhecido por continuos

streaming. O PAL e o NTSC, bem como SDI (serial digital interface) digital e SDTI (serial

digital transport (dat) interface) são todos do tipo stream. Contudo, computadores partilham

informação mediante a transferência de ficheiros. É possível, assim, fazer uma distinção entre

estes dois modos de transferência, como mostra a tabela abaixo:

Streaming Media Networked Media

- é visível durante transferência, antes de toda

a informação ser entregue;

- recorre a componentes padronizados de It de

baixo custo;

- garante o atraso mínimo para acção ao vivo; - pode ser armazenada numa grande

variedade de dispositivos, como discos e

cassetes;

- trata-se de uma ligação ponto-a-ponto, sem

perigo de engarrafamento: oferece fiabilidade e

uma operação contínua.

- oferece um intercâmbio, partilha e

distribuição flexível da informação.

Quer uma, quer outra opção têm as suas vantagens, e continuarão em uso, o que exige que

entre elas exista alguma compatibilidade de forma a poderem co-existirem e permitirem a

troca de material entre elas. Com isto em mente, a concepção do MXF torna-o num formato de

ficheiro que pode ser um stream – criando uma ponte transparente entre os dois formatos de

transferência. Não há qualquer esforço por parte do utilizador apara além de solicitar a

transferência.

De uma maneira similar, o pessoal responsável pela criatividade e operacionalidade pode

concentrar os seus esforços nas suas tarefas e não em problemas com a compressão. Contudo, deve-

se ter em conta que nem todos os formatos de compressão se adequarão a todas as aplicações e

vários esquemas continuarão a ser utilizados. Para tal, o MXF é independente da compressão,

oferecendo o mesmo serviço não importa o esquema em uso. Isto permite aos fabricantes

fornecer equipamentos com múltiplos codecs de compressão, o que pode conduzir a um

funcionamento transparente entre, por exemplo, sistemas baseados em MPEG e em DV.

Tendo isso em linha de conta, e de forma a prover um formato para o intercâmbio de

programas, era preciso que não houvesse qualquer ligação a conteúdos externos: todo o

conteúdo deveria estar contido no ficheiro, excepto em caso especiais em que todas as partes

envolvidas na normalização do MXF concordaram.

Além disso, é essencial a interoperabilidade com os formatos de straeams existentes, de

forma a permitir que os discos dos servidores e gravadores operem em harmonia.

Formatos Abertos e Normalização:

O MXF é uma solução aberta e por isso foi submetido à normalização pelo SMPTE. Ao

mesmo tempo, o fórum Pro-Mpeg e a AAF Association tem tido apoio de uma fasquia

considerável dos fabricantes. Adicionalmente, a colaboração com grupos de utilizadores, tais

como o EBU, assegura que as necessidades dos utilizadores estão abrangidas. Além disso

muitos fabricantes e fornecedores de software e hardware estão ansiosos de implementas o MXF tão

cedo quanto possível.

Como já referido, a normalização do MXF é feita segundo as orientações do SMPTE KLV

(Key, Length, Value – um método para o encapsulamento de informação para o transporte em redes)

e tem usado e testado extensivamente o dicionário SMPTE e outros registos.

Alcançar a interoperabilidade tem sido o objectivo primário da Pro-MPEG e MXF, e tal foi

implementado em três áreas:

diversidade das plataformas: o MXF deverá funcionar sobre diferentes protocolos de rede

e sistemas operativos, incluindo Windows, Mac, OS, Unix e Linux;

independência da compressão: não há conversão entre formatos de compressão, o objectivo

é a gestão da informação num ambiente mais amigável, pode ainda lidar com vídeo não

comprimido;

ponte entre o streaming e a transferência de ficheiros: MXF opera transparentemente com

streaming media – especialmente SDTI, em que o máximo intercâmbio transparente é possível. Esta

performance é bi-direccional, do MXF para o streaming e vice-versa, o que significa que o SDTI se

encaixa perfeitamente num ambiente baseado em ficheiros, resultando numa forte convergência.

Como o MXF funciona:

Um ficheiro MXF apresenta a seguinte estrutura:

É dotado de um cabeçalho (header) que provêm da informação sobre o ficheiro como um

todo, incluindo templates para a

determinação precoce do

descodificador, sendo que pelo

menos a primeira parte do

cabeçalho deve ser compatível

com todos os templates; um

rodapé (footer) que termina o

ficheiro e de um corpo (body),

onde se encontra a essência da

informação; no caso de haver

mais de uma essência torna-se

necessário um espaçamento de

forma a garantir a capacidade de

permitir determinadas vantagens

do stream, como a recuperação

de transferências incompletas,

edições por puro corte, etc..

Cada item num ficheiro MXF

encontra-se codificado segundo o sistema KLV (Key, Length, Value). Isto significa que cada item

dentro do ficheiro é identificado por um única chave (key) de 16 bytes e pelo seu comprimento. De

forma a reduzir o overhead podem ser utilizados conjuntos ou pacotes. Definindo o

comprimento de cada campo no ficheiro, incluindo a essência, permite a descodificadores mais

simples de MXF e programas de processamento a ignorar bits do ficheiro que eles não conheçam,

i.e., chaves (keys) que eles não reconhecem. Isto, por sua vez, permite que o formato do ficheiro

evolua de modo a incluir novas capacidades como novos esquemas de compressão, e ainda são

definidos esquemas para a meta-informação.

O comprimento está codificado segundo a notação ASN.1: dado o primeiro byte, L0, se

L0<128, então Length =128, senão o comprimento é definido pelos (L0 – 128) bytes seguintes.

O value consiste na informação em si mesma, e que foi inicialmente definida apenas para a

meta-informação, embora também possa ser usada na essência, i.e., no conteúdo de vídeo e áudio.

Pode ser um conjunto de dados recursivo. O KVL pode, de facto, ser usado para codificar e

identificar qualquer tipo de informação, podendo assim ser usado na construção de qualquer

informação, seja ela meta-informação, controlo, essência ou outra.

Pode ser construída segundo um modelo recursivo de informação, ou seja, conjuntos dentro

de conjuntos, sendo que o SMPTE define 5 tipos básicos de conjuntos:

Conjuntos Universais (etiquetas de codificação universal);

Conjuntos Globais (codificação de chave livre de perdas);

Conjuntos Locais (codificação de chave com perdas);

Pacotes de Comprimento Variável;

Pacotes de comprimento Fixo.

Em relação ao esquema acima, convêm referir algumas coisas. O preâmbulo (pre-amble)

contém parâmetros básicos do conjunto Partition Metadata. O pós-âmbulo (post amble) inclui

um conjunto de Partition Metadata que é completado depois da recepção do restante do

ficheiro, podendo ainda incluir uma repetição da meta-informação do cabeçalho, o que não é

mostrado na figura. O corpo do ficheiro normalmente corresponde a 99% do ficheiro total. A

meta-informação da partição e do cabeçalho pode ser opcionalmente repetida ao longo do

corpo para permitir a recuperação das quebras de transmissão ou após a aceleração de início.

No cabeçalho da área da meta-informação do ficheiro MXF é onde reside grande parte das

vantagens do MXF. Esta é a área em que a meta-informação é adicionada e os parâmetros para

a sincronização e temporização dos ficheiros são definidos. A sincronização e a descrição da

essencialmente controlada por três pacotes:

Pacote do material (material package);

Pacote de Ficheiro (file package);

Pacote da fonte (source package).

O pacote do material representa a linha de tempo de saída do ficheiro. A essência actual

está descrita no pacote do ficheiro. A derivação da essência (anteriormente EDLs, descrição do

estoque do filme original, etc.) está contida dentro do pacote da fonte. Pode ser visto no diagrama

que cada um dos pacotes de ficheiro pode ter um número de faixas (tracks): As faixas

representam cada um dos diferentes elementos da essência (por exemplo, uma faixa do tipo

Picture para o vídeo, uma faixa do tipo Souind para cada um dos canais de áudio, uma faixa do tipo

metadata para a meta-

informação). Estas faixas

por sua vez são

constituídas por uma

sequência de segmentos

que definem como criar a

saída desejada para o

ficheiro.

Se há apenas um

simples segmento no

pacote do material que

corresponde ao inteiro

pacote de ficheiro, então tem-se um ficheiro MXF que representa um EDL. Para gerir a

complexidade do MXF, padrões operacionais (operational patterns) foram definidos que limitam

as capacidades que podem ser usadas em diferentes aplicações. Estas formam uma grelha dividida

verticalmente dependendo da complexidade da timeline dentro do ficheiro e horizontalmente

dependendo do número de diferentes pacotes dentro do ficheiro. Para tal, os padrões

operacionais tem de ser especificados para o corpo e para a meta-informação do cabeçalho, para

permitir meta-informação desde o formato mais simples até o conjunto completo de meta-

informação permitido pelo formato AAF.

Tais padrões são indicados pelas etiquetas SMPTE na frente do cabeçalho e que são legíveis

por qualquer descodificador MXF.

Apresentam-se abaixo alguns dos padrões possíveis.

Figura 1 - Programa Simples

Figura 2 – Programa segmentado simples

Figura 3 – Programa Segmentado Composto

Figura 4 - Programa Simples Não Compilado

Figura 5 - Programa Composto Não Compilado

Figura 6 - Padrão onde só consta a Meta-informação

O MXF prevê ainda diferentes ferramentas tais como tabelas de índices, que permitem a

rápida conversão de índices baseados em amostra, como o timecode, em offsets de bytes dentro do

ficheiro, divisão dos streams, divisão para a recuperação da transferência de ficheiros, suporte

UMID e muitos outras características que fazem deste formato uma escolha para aplicações ricas

em media.

Meta-informação:

O maior objectivo do MXF é a transferência transparente do conteúdo do programa e a

meta-informação nele associada.

Também referida como a “informação da informação”, está presente em todos os sistemas

actualmente. Por exemplo, o timecode é uma forma de meta-informação. O problema reside no

facto que, devido a incompatibilidades, esta informação perder-se à medida que o conteúdo se

move entre sistemas. Sistemas baseados em MXF comunicarão usando meta-informação, vídeo e

áudio. Os tipos de meta-informação possível são os seguintes:

A estrutura do ficheiro;

O conteúdo do corpo (body) – por. Exemplo, MPEG ou DV, 525 ou 625;

Palavras-chaves ou o título;

Subtítulos;

Números de referência;

Notas de edição;

Localização, tempo, data e versão;

Outros;

Esta lista pode ser interminável. Em casos extremos, os ficheiros podem conter mais meta-

informação que conteúdo de vídeo e áudio. Todavia, a implementação eficiente da meta-

informação é vista como a chave para a organização do material, visto que pode ser filtrada

para manter apenas o que é relevante para um dado ambiente.

Figura 7

O conjunto de meta-informação do cabeçalho prevê informação para o corpo do ficheiro,

constituindo uma sequência de conjuntos locais KLV, como definido abaixo. O item End Fill é

usado para identificar o fim da sequência.

gura 8

A meta-informação está normalmente contida num estrutura de informação que define a

sintaxe da meta-informação, ou a sua gramática.

Formato Fixo (por exemplo, o DPX);

Baseado em Stream (por exemplo, MPEG Video-ES);

Baseado em Objectos (por exemplo, OMFI, AAF);

Baseado em Entidade-Associação (por exemplo, BBC SMEF e Sony News).

Tornam-se necessários mecanismos para compilar meta-informação complexa no formato

de stream para o arquivo e transporte.

A figura abaixo mostra como a meta-informação no cabeçalho descreve a estrutura do corpo

do ficheiro, bem como as suas componentes.

Figura 9

Cabe ainda referir a meta-informação mínima que um cabeçalho deve conter. É ela:

Conjunto do Prefácio – prevê parâmetros básicos do ficheiro e apontadores para outros

pacotes e conjuntos de meta-informação;

Conjuntos de identificação - fornece informação sobre o criador do ficheiro MXF e

outras subsequentes alterações;

Meta-informação do pacote material – descrevem a sincronização entre as diferentes

faixas da essência e a faixa de tempo. Inclui conjunto de etiquetagem dos programas e cenas;

Meta-informação do pacote de ficheiro - descreve a essência contida no corpo.

Esta estrutura básica permite um extensão completa para o modelo AAF se e quando

desejado.

Pacotes materiais e de Ficheiro

Figura 10

Figura 11

Figura 12

Figura 13

Suporte da Indústria

A velocidade com que o MXF tem progredido é o resultado de muitos engenheiros na

indústria trabalhando para um mesmo objectivo. Fabricantes e utilizadores reconhecem que

existe uma janela de oportunidade aberta para estabelecer um formato padrão para a indústria. O

uso de vídeo irá aumentar um nivel nunca imaginado com o uso de IT e servidores. Qualquer

atraso no estabelecimento de normalizações pode tornar esta tarefa muito díficil, à medida que

formatos proprietários proliferam-se no vácuo dos formatos.

Para aumentar a velocidade das implementações, um número de SDK ( software

develoopment kit) têm sido desenvolvidos. O código do software é open source, usando as

ferramentas disponíveis podem-se obter produtos básicos MXF muito rapidamente.

Em termos de exigências normativas, qualquer descodificador MXF deve ser capaz de

descodificar pelo menos a estrutura KLV para todas as partes do ficheiro, incluindo a estrutura da

informação para qualquer tipo de coro, bem como o cabeçalho, o que inclui a estrutura do cabeçalho

da meta-informação e do rodapé. A descodificação de outros aspectos tais como a o formato de

compressão dependem da capacidade do descodificador de suportar tais aspectos.

Todos os descodifcadores devem ser capazes de descodificar 3 etiquetas universais:

a própria identificação do ficheiro MXF em si mesmo;

a identificação de padrões, identificando os padrões da meta-informação no corpo;

a identificação do corpo, o que inclui múltiplos identificadores.

MXF e AAF

Advanced Auithoring Format (AAF) é um formato aberto destinado para o pós-produção e

produção de multimédia. Através dele é possível que os criadores dos conteúdos troquem media

digital e meta-informação através de plataformas e entre aplicações. Isto simplifica a gestão de

projectos, economiza tempo e preserva a preciosa meta-informação que antes era facilmente

perdida entre os diferentes estágios produtivos.

O MXF derivou o seu modelo do modelo de dados do AAF e não é mais que um formato

de intercâmbio simples, com o objectivo primário de facilitar a transferência de conteúdos

concluídos, programas inteiros ou secções já concluídas, entre servidores e tape streamers. MXF

também ajuda na tarefa de migração de sistemas de produção simples para ambientes de rede

normalizados.

Estes dois formatos são complementares: enquanto que o AAF integra de muito perto, e

complementa, formatos de ficheiro já existentes para media, o MXF oferece o mesmo para

formatos existentes de streams, bem como ficheiros AAF. Ambos os formatos podem existir por

si só, e cada um tem a sua concepção e funcionalidade optimizada para as suas esferas de aplicação

particulares. Ao mesmo tempo, nenhuma depende da outra. Por exemplo, um sistema inteiro de

broadcast pode usar apenas MXF enquanto que o serviço de pós-produção apenas AAF, embora a

opção natural será o recurso as duas.

Enquanto que o MXF e o AAF são complementares, há muitas diferenças. Uma delas é que o

AAF pode levar referências a material externo colocado noutros suportes, para ser usado numa

edição, o MXF está sempre completo e auto-contido: não requer qualquer acesso a material

externo. Contudo, pode incluir sequências de clips ou segmentos de programas. Adicionalmente, o

AAF inclui processos de transição básicos entre vídeos enquanto que o MXF não tem

necessidade de tal devido a abrangência do seu conteúdo.

As diferenças fundamentais entre estes dois formatos podem ser resumidas no quadro abaixo:

AAF MXF

recorre a alocação espacial de componentes; recorre a concatenação linear de componentes;

foi implementado usando o Microsoft Structured

Storage

trata-se “de um sistema de ficheiros dentro de

um ficheiro”: cada ficheiro AAF assemelha-se a

um único ficheiro mas contém sectores de

armaxzenamento em que cada sector ou grupo de

sectores contêm um componente AAF separado;

é muito flexível, permitindo que o

comprimento dos componentes varie conforme

as necessidedades, contudo está característica

pode causar fragmentação e consequente

redução da performance;

não é tão flexível quanto o AAF e não permite

que os componentes sejam dimensionadaos

conforme as necessidades(as strings de texto têm

um tamanho máximo;

de compreensão relativamente complexa.

Conclusões

Como características mais importantes deste formato podemos referir as seguintes:

As aplicações acedem aos conteúdos por um interface comum, criado para uma

interoperacionalidae máxima.

É um formato independente do formato de compressão, permitindo que a metadata

seja preservada em qualquer formato de compressão.

Suporta acesso aleatório e transferências de ficheiros parciais, i.e. pode ser só

transferido apenas o destaque de um acontecimento desportivo ou noticia sem ser necessário

transferir o ficheiro todo.

Permite a visualização e acesso aos dados transmitidos antes de serem completados.

Facilidade de organização e arquivamento dos dados.

O MXF é um formato que pretende satisfazer as exigências do utilizador e também fazer a

ponte entre as antigos estúdios centralizados para os sistemas de redes distribuídas.

Bibliografia:

the Material eXchange Format, Pro-MPEG draft white paper

MXF-the Material eXchange Format, Bruce Devlin

MXF File Format Update, Jim Wilkinson Pro-MPEG Forum

Pro-MPEG/AAF Assn.‘MXF ’, Tim Berners-Lee,1999

The Material Exchange Format (MXF) and its Application, Jim Wilkinson and Bruce Devlin