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轉(zhuǎn)碼技術(shù)在視頻領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用分析
2004年中南地區(qū)省級(jí)電視臺(tái)技術(shù)年會(huì)論文一等獎(jiǎng)摘要：
本文簡(jiǎn)單介紹了視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)的定義、分類及實(shí)現(xiàn)手段，重點(diǎn)分析了如何在視頻工程中使用轉(zhuǎn)碼技術(shù)，包括轉(zhuǎn)碼技術(shù)的使用方式及其優(yōu)勢(shì)所在。分析了在流方式和文件方式下如何使用轉(zhuǎn)碼技術(shù)。通過(guò)對(duì)移動(dòng)非線性編輯系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸視頻數(shù)據(jù)和節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)素材集中上載兩個(gè)工程實(shí)例的分析，探討了轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)工作的靈活性和通用性。闡明了作者對(duì)在專業(yè)視頻領(lǐng)域內(nèi)，配合計(jì)算機(jī)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使用轉(zhuǎn)碼技術(shù)前景的看法。
關(guān)鍵字：
編碼、解碼、轉(zhuǎn)碼、視頻數(shù)據(jù)、視頻服務(wù)器、 MPEG-2 、 MPEG-4 、 DV 、光纖通道、千兆以太、流、文件、移動(dòng)非線性編輯系統(tǒng)、節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)、集中收錄系統(tǒng)。
引言
從一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題開(kāi)始我們的討論：對(duì)于一個(gè)視頻工程技術(shù)人員而言，工作中所需面對(duì)的視音頻編碼方式有多少種？
以編碼和壓縮方式的大類而言，我們需要面對(duì) Motion-JPEG 、 MPEG 、 DV 、 H.261\H.263 等不同系列的壓縮編碼方式；每一種編碼方式我們又需面對(duì)不同的子類或子級(jí)，如討論 DVB ，經(jīng)常就要涉及 MPEG-2 MP@ML 和 MP@HL ；不同廠商的視頻產(chǎn)品，也根據(jù)各自情況采用不同的 幀內(nèi)、幀間編碼關(guān)系及不同的碼流； GOP 長(zhǎng)度、 I 、 B 、 P 幀、 50 、 25 Mbps 等名詞現(xiàn)在已經(jīng)成為視頻產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的重要組成部分；每個(gè)廠商在視頻數(shù)據(jù)的封裝上也有各自的編碼方式，不同廠商開(kāi)發(fā)的視頻服務(wù)器，如 Grass Valley 的 Profile 系列服務(wù)器和 SONY 的 MAV 系列的服務(wù)器，雖然可以支持以相同 GOP 長(zhǎng)度、相同碼流的編碼方式產(chǎn)生 MPEG-2 視頻文件，但由于在文件封裝上的不同，二者產(chǎn)生的視頻文件是無(wú)法相互直接使用的，這種情況在數(shù)字視頻領(lǐng)域相當(dāng)普遍，有時(shí)甚至在同一廠商所開(kāi)發(fā)的不同系列的視頻產(chǎn)品中，數(shù)據(jù)流或文件也是無(wú)法相互識(shí)別的。
我們不想在這里探討哪一種編碼壓縮方式更好、更優(yōu)秀，本文想要討論的是：在采用不同壓縮編碼方式的視頻設(shè)備之間如何高質(zhì)量、高效效率的共享和交換視音頻數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在交換視頻數(shù)據(jù)的普遍做法是將編碼完成的視頻數(shù)據(jù)解壓縮為基帶信號(hào)，根據(jù)情況進(jìn)行再編碼，并加以適當(dāng)?shù)姆庋b，使用相同的接口協(xié)議，以流的方式，在不同的視頻產(chǎn)品之間進(jìn)行傳輸共享。如在不同的視頻產(chǎn)品間使用 SDI 連接，不論設(shè)備內(nèi)部使用何種編碼方式，均通過(guò)內(nèi)置的 SDI 編解碼器將視頻數(shù)據(jù)編解碼為標(biāo)準(zhǔn)的 SDI 數(shù)據(jù)流，進(jìn)行傳輸。
如圖— 1 所示，無(wú)論設(shè)備 A 內(nèi)部的采用何種壓縮編碼方式，在向設(shè)備 B 傳輸視頻數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過(guò)其內(nèi)置的數(shù)據(jù)解碼單元將視頻數(shù)據(jù)解碼送至 SDI 編碼器，封裝轉(zhuǎn)換成 SDI 數(shù)據(jù)流，再通過(guò) SDI 接口傳輸給設(shè)備 B 的 SDI 接口，設(shè)備 B 將其通過(guò) SDI 解碼器，送至其本身的數(shù)據(jù)編碼單元，對(duì)視頻數(shù)據(jù)重新編碼進(jìn)行處理或存儲(chǔ)。
這種數(shù)據(jù)交換的前提，是不同的設(shè)備存在遵從相同協(xié)議的接口，如 SDI 接口，并具備相應(yīng)的編解碼硬件設(shè)備，使用一種可以共同識(shí)別的數(shù)據(jù)流作為中介進(jìn)行視音頻數(shù)據(jù)的交換。
我們換一個(gè)角度來(lái)看，這種方式本身可以看成是一個(gè)編碼方式轉(zhuǎn)換，即轉(zhuǎn)碼的過(guò)程。它將設(shè)備 A 中編碼處理的視頻數(shù)據(jù)解碼，通過(guò) SDI 編解碼器轉(zhuǎn)換成 SDI 流，傳輸給設(shè)備 B ，再將其傳換成為設(shè)備 B 所使用的數(shù)據(jù)編碼方式進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。如圖— 2 所示：
在這種情況下，如果我們可以使用直接的轉(zhuǎn)碼手段，將基于設(shè)備 A 編碼方式的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為設(shè)備 B 可以識(shí)別并使用的數(shù)據(jù)編碼格式，為設(shè)備 B 處理或存儲(chǔ)，可以減少重復(fù)編解碼所帶來(lái)的設(shè)備開(kāi)銷和信號(hào)質(zhì)量下降，并且可以利用多種的傳輸通道，而不局限于指定的接口通道，可以大大的提高工作效率。如圖— 3 。
這正是本文想要和大家探討的，如何靈活的利用轉(zhuǎn)碼方式，在基于不同編碼方式的設(shè)備間共享視頻數(shù)據(jù)，提高工作效率，同時(shí)討論在工程方面的可能會(huì)遇到的問(wèn)題及解決方案。
視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)
視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)，顧名思義就是在通過(guò)某種手段改變現(xiàn)有視頻數(shù)據(jù)的編碼方式。視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)使用的目的不同，其實(shí)現(xiàn)的手段也各不相同。大致上可以分為兩類：
一、不同編碼格式之間的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼
不同編碼格式之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼，指通過(guò)轉(zhuǎn)碼方法改變視頻數(shù)據(jù)的編碼格式。通常這種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼會(huì)改變視頻數(shù)據(jù)的現(xiàn)有碼流和分辨率。
例如我們可以將基于 MPEG-2 格式的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 DV 、 MPEG-4 或其它編碼格式，同時(shí)根據(jù)其轉(zhuǎn)碼目的，指定轉(zhuǎn)碼產(chǎn)生視頻數(shù)據(jù)的碼流和分辨率。我們可以將 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 的視頻源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 25Mbps 碼流的 DV 格式數(shù)據(jù)，用于筆記本移動(dòng)編輯系統(tǒng)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè) 300*200 低分辨率的 MPEG-4 文件，使用 REAL 或者微軟的 WMV 格式進(jìn)行封裝，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸至主管領(lǐng)導(dǎo)處用于審看。
這種轉(zhuǎn)碼方式設(shè)計(jì)的算法較為復(fù)雜，其實(shí)質(zhì)上是一個(gè)重新編碼的過(guò)程，涉及的算法復(fù)雜度和系統(tǒng)開(kāi)銷，是由轉(zhuǎn)碼所需圖像質(zhì)量要求及轉(zhuǎn)碼前后兩種編碼方式的相關(guān)度所決定的。
二、相同編碼格式之間的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼
相同編碼格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼，指不改變壓縮格式，只通過(guò)轉(zhuǎn)碼手段改變其碼流或頭文件信息。根據(jù)其使用目的，可分為改變碼流和不改變碼流兩種。
如我們可以將 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 碼流的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼為 MPEG-2 IBBP 幀 8
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