视频转码技术及转码实现详解

视频转码技术及转码实现详解
IDC分析指出了三种主要的转码需求:不同视频格式间的转换,例如从MPEG-2或者MPEG-4转到H.264;内容传输,改变满⾜不同⽹络带宽或者设备播放速度的需求;清晰度,将⾼清视频转为标清甚⾄更低的清晰度,后者反向处理。典型的例⼦是,为了进⾏编辑并将信息上载到⽹站(例如 YouTube)⽽将视频从摄像机传输⾄ PC 的应⽤。视频数据传输时,代码转换也正在进⾏;例如从摄像机(AVI 格式)到 PC(⽤于编辑的 MPEG-2;⽤于存储的 MPEG-4)再到⽹站
(H.263/H.264/Flash/等)。如果要在 PC 上观看⽹站上的⽂件,则需再次执⾏代码转换使其能在 RealPlayer 或 Windows Media Player 上播放。
视频转码(Video Transcoding)是指将已经压缩编码的视频转换成另⼀个视频码流,以适应不同的⽹络带宽、不同的终端处理能⼒和不同的⽤户需求。转码本质上是⼀个先解码,再编码的过程,因此转换前后的码流可能遵循相同的标准,也可能不遵循相同的视频编码标准。
本⽂简单介绍了的定义、分类及实现⼿段,重点分析了如何在视频⼯程中使⽤转码技术,包括转码技术的使⽤⽅式及其优势所在。分析了在流⽅式和⽂件⽅式下如何使⽤转码技术。通过对移动⾮线性编辑系统远程传输视频数据和节⽬制作⽹络素材集中上载两个⼯程实例的分析,探讨了转码系统⼯作的灵活性和通⽤性。阐明了作者对在专业视频领域内,配合计算机设备及⽹络架构,使⽤转码技术前景的看法。
  1 引⾔
  从⼀个简单的问题开始我们的讨论:对于⼀个视频⼯程技术⼈员⽽⾔,⼯作中所需⾯对的视⾳频编码⽅式有多少种?
  以编码和压缩⽅式的⼤类⽽⾔,我们需要⾯对 MoTIon-JPEG 、 MPEG 、 DV 、 H.261H.263 等不同系列的压缩编码⽅式;每⼀种编码⽅式我们⼜需⾯对不同的⼦类或⼦级,如讨论 DVB ,经常就要涉及 MPEG-2 MP@ML 和 MP@HL ;不同⼚商的视频产品,也根据各⾃情况采⽤不同的帧内、帧间编码关系及不同的码流; GOP 长度、 I 、 B 、 P 帧、 50 、 25 Mbps 等名词现在已经成为视频产品技术参数的重要组成部分;每个⼚商在视频数据的封装上也有各⾃的编码⽅式,不同⼚商开发的视频服务器,如 Grass Valley 的 Profile 系列服务器和 SONY 的MAV 系列的服务器,虽然可以⽀持以相同 GOP 长度、相同码流的编码⽅式产⽣ MPEG-2 视频⽂件,但由于在⽂件封装上的不同,⼆者产⽣的视频⽂件是⽆法相互直接使⽤的,这种情况在数字视频领域相当普遍,有时甚⾄在同⼀⼚商所开发的不同系列的视频产品中,数据流或⽂件也是⽆法相互识别的。
  我们不想在这⾥探讨哪⼀种编码压缩⽅式更好、更优秀,本⽂想要讨论的是:在采⽤不同压缩编码⽅式的视频设备之间如何⾼质量、⾼效效率的共享和交换视⾳频数据。
  现在交换视频数据的普遍做法是将编码完成的视频数据解压缩为基带信号,根据情况进⾏再编码,
并加以适当的封装,使⽤相同的接⼝协议,以流的⽅式,在不同的视频产品之间进⾏传输共享。如在不同的视频产品间使⽤ SDI 连接,不论设备内部使⽤何种编码⽅式,均通过内置的 SDI 编解码器将视频数据编解码为标准的 SDI 数据流,进⾏传输。
  ⽆论设备 A 内部的采⽤何种压缩编码⽅式,在向设备 B 传输视频数据时,⾸先通过其内置的数据解码单元将视频数据解码送⾄ SDI 编码器,封装转换成 SDI 数据流,再通过 SDI 接⼝传输给设备 B 的 SDI 接⼝,设备 B 将其通过 SDI 解码器,送⾄其本⾝的数据编码单元,对视频数据重新编码进⾏处理或存储。
  这种数据交换的前提,是不同的设备存在遵从相同协议的接⼝,如 SDI 接⼝,并具备相应的编解码硬件设备,使⽤⼀种可以共同识别的数据流作为中介进⾏视⾳频数据的交换。
  我们换⼀个⾓度来看,这种⽅式本⾝可以看成是⼀个编码⽅式转换,即转码的过程。它将设备 A 中编码处理的视频数据解码,通过 SDI 编解码器转换成 SDI 流,传输给设备 B ,再将其传换成为设备 B 所使⽤的数据编码⽅式进⾏处理和存储。
  在这种情况下,如果我们可以使⽤直接的转码⼿段,将基于设备 A 编码⽅式的视频数据转换为设备 B 可以识别并使⽤的数据编码格式,为设备 B 处理或存储,可以减少重复编解码所带来的设备开销和信号质量下降,并且可以利⽤多种的传输通道,⽽不局限于指定的接⼝通道,可以⼤⼤的提⾼⼯作效
率。
  这正是本⽂想要和⼤家探讨的,如何灵活的利⽤转码⽅式,在基于不同编码⽅式的设备间共享视频数据,提⾼⼯作效率,同时讨论在⼯程⽅⾯的可能会遇到的问题及解决⽅案。
  2 视频转码技术
  视频转码技术,顾名思义就是在通过某种⼿段改变现有视频数据的编码⽅式。视频转码技术使⽤的⽬的不同,其实现的⼿段也各不相同。⼤致上可以分为两类:
  ⼀、不同编码格式之间的视频数据转码
  不同编码格式之间的数据转码,指通过转码⽅法改变视频数据的编码格式。通常这种数据转码会改变视频数据的现有码流和分辨率。
  例如我们可以将基于 MPEG-2 格式的视频数据转换为 DV 、 MPEG-4 或其它编码格式,同时根据其转码⽬的,指定转码产⽣视频数据的码流和分辨率。我们可以将 MPEG-2 全 I 帧 50Mbps 的视频源数据转换为 25Mbps 码流的 DV 格式数据,⽤于笔记本移动编辑系统,同时产⽣⼀个 300*200 低分辨率的 MPEG-4 ⽂件,使⽤ REAL 或者微软的 WMV 格式进⾏封装,通过互联⽹络传输⾄主管领导处⽤于审看。
  这种转码⽅式设计的算法较为复杂,其实质上是⼀个重新编码的过程,涉及的算法复杂度和系统开销,是由转码所需图像质量要求及转码前后两种编码⽅式的相关度所决定的。
  ⼆、相同编码格式之间的视频数据转码
  相同编码格式的数据转码,指不改变压缩格式,只通过转码⼿段改变其码流或头⽂件信息。根据其使⽤⽬的,可分为改变码流和不改变码流两种。
  如我们可以将 MPEG-2 全 I 帧 50Mbps 码流的视频数据转码为 MPEG-2 IBBP 帧 8Mbps 码流的视频数据,直接⽤于播出服务器⽤于播出。或者我们将基于 SONY 视频服务器头⽂件封装的 MPEG-2 全 I 帧 50Mbps 码流的视频⽂件,改变其头⽂件和封装形式,使之可以在给予 MATROX 板卡的编辑系统上直接编辑使⽤。
  这种转码⽅式的复杂度要⼩于不同编码格式转码的复杂度,⽽且对视频⼯程上⽽⾔,更加具有可操作性。
  3 视频数据转码的实现
  视频数据不同编码之间的相互转化有很多算法可以实现,许多运动图像专家对此也作了深⼊的研究,针对不同的编码⽅式提出了相当多可⾏的⽅案。这些⽅案共同的特点就是充分利⽤所需相互转换
编码之间的共同特征,尽量减少编解码所带来的图像质量损失,同时达到时间和资源消耗的平衡。
  如我们将⼀个 MPEG-2 的视频数据转换成 MPEG-4 的视频数据,当然可以采⽤的⽅法是先将 MPEG-2 的视频解压缩成单帧的图像序列,再将其重新压缩编码成为 MPEG-4 的视频数据
  但这种转码⽅式的运算复杂度的使⽤ SDI 数据流作为中介的运算复杂度并没有什么区别。我们可以通过⼀些⽅法提⾼转码的效率,降低运算复杂度,⽐如 MPEG-2 和 MPEG-4 在其编码算法上有很多相通的地⽅,在 DCT 变换, MC 运动补偿, MV 运动补偿等⽅⾯有许多可以公⽤的地⽅,我们并不需要将其完全解码成独⽴的图像序列,可利⽤不同编码⽅式间的相关性进⾏转码⼯作
  MPEG-2 视频数据中所有的头信息被解码后都直接送到 MPEG -4 编码器中进⾏编码,其中少数头信息需要调整,以适应新的编码格式。⽽ DCT 系数和 MV 信息被重⽤,省去了运动估计和 DCT 的系统消耗。同时 MPEG -4 做运动补偿的时候,也可以直接利⽤ MPEG -2
解码器解码得出的运动⽮量的信息。
  我们可以看出,使⽤不同的转码算法在不同需求的编码转换时,可以得到不同的时间及系统消耗复杂度。这些不同复杂度算法的是否采⽤取决于⽤户对⼯作任务的要求。⽐如⼯作任务需要实时获得转码结果,要求⾼可靠性,并且对转码前后的数据的编码⽅式及码流指定不变。那么我们可以采⽤⾼效
的转码算法,必要时牺牲⼀些图像质量,将算法固化在硬件芯⽚板卡上,从⽽满⾜任务需求。如果⼯作任务对转码同步性要求并不⾼,不要求实时输出,但对图像质量有很⾼的要求,我们可以采⽤⼀些效率较低,但图像质量损失较⼩的转码算法。可以将算法固定在硬件芯⽚中,也可以使⽤通⽤的计算机运算系统、存储系统和数据交换系统,使⽤软件算法进⾏转码⼯作,这些⽅式的具体应⽤⽅式在本⽂的后半部分会详细介绍。
  下⾯来看⼀下这些转码⼯作是如何实现的。
  ⼀、传统⾯向流⽅式的视频转码
  由于视频数据⾃⾝的特点,数据量的庞⼤和线性的存储格式,长期以来传统的视频编码转换都是⾯向数据流进⾏操作。其⼯作原理如⼀个制式转换器⼀样,输⼊端输⼊连续的 NTSC 制信号,同时在输出端输出实时的 PAL 制信号。
  这种⽅式的优点是可以以实时或者接近实时的⽅式输出转码结果,转码算法固化在板卡芯⽚上,转码⼯作基本上是由硬件完成,稳定性好。但其缺点也是显⽽易见的,转码单元针对特定的源编码⽅式和⽬标编码⽅式,⽤户基本⽆法对码流的⼤⼩和附加信息进⾏控制,灵活性较差。⽽为了满⾜实时处理的要求,有时必须需要牺牲⼀些图像的质量。另外的缺点就是这种基于流⽅式的视频转码,输⼊和输出基本同步,不能以快于实时的速度进⾏编码转换。
  随着计算机技术的⽇益进步,⾮线性存储⼿段⽇益完善,我们可以通过⽂件的⽅式存储视频数据。这样就为视频数据提供了新的,更加灵活⾼效的转码⼿段。
  ⼆、使⽤计算机及其相关设备⾯向⽂件⽅式进⾏视频转码
  使⽤计算机设备改变单幅图像的编码⽅式已经是⼀个⾮常成熟的技术,但受到计算机运算能⼒和存储能⼒的限制,很长⼀段时间内,对于符合⼴播级要求的专业视频数据的编码转换处理⼀直没有什么好的解决⽅案。但随着计算机设备运算能⼒的增强和存储容量的⽇益扩⼤、其数据接⼝已经可以满⾜视频数据处理的需求,使⽤计算机及其相关设备处理视频数据已经成为现在的主流,同时也给视频转码提供了更好性价⽐的平台。我们可以使⽤计算机设备,利⽤软件⼿段,进⾏灵活⾼效的转码⼯作。
我们来看⼀看如何使⽤计算机系统进⾏转码⼯作。
  这种利⽤计算机设备进⾏转码的⼯作⽅式具有⾮常⼤的灵活性,可以对以⽂件⽅式或以流⽅式存在的视频数据进⾏处理。其本质均是在计算机设备的存储器内开设⾜够⼤数据的缓存地带,将所需处理的视频数据⽂件或流分成许多⼤⼩适合的⽚段,放⼊其中。由软件提供转码算法,并控制计算机系统进⾏转码⼯作。图 -7 中所⽰的数据接⼝的概念也⾮常的灵活,它可以使计算机设备的外部接⼝,如千兆以太、Fiber Channel 通道,也可以是其本⾝的内置存储通道接⼝。我们来看⼀下他们是如何⼯作的。
  计算机设备先将需转换编码⽅式的视频数据⽂件放⼊外部存储或本地存储设备中。然后将该视频⽂件拆分成适合计算机设备处理的数据⽚段,放⼊⾼速缓存中,由软件提供转码算法,利⽤计算机设备的处理能⼒对数据⽚段进⾏编码转换。转换完成后将数据⽚段送⼊指定区域存储,同时⾼速缓存区获取新的数据⽚段。循环这种⽅式直到所有的拆分数据⽚段均得到了转码处理,合并转码完成的视频数据⽂件⽚段,输出我们所需要得到的视频数据。
  这种拆分数据的⽅式同样也适合于以流⽅式存在的视频数据,⽐如我们可以使⽤数据接⼝直接与数字视频数据流连接,不经过任何的编解码将其存储到计算机转码设备的指定缓存区域,变线性的数据流存在⽅式为⾮线性的数据存储⽅式,然后可以使⽤图— 8 所⽰的数据拆分⽅式进⾏转码处理,经合并后,可以选择⽂件⽅式或依然保持流⽅式的数据输出。
  采⽤这种⽅式的转码⼯作,具有很强的灵活性,数字信号接⼝并不需要识别接收到的数据流为何种格式编码、封装如何。只需将数据如实记录到缓存区,由转码软件决定采⽤何种转码⼿段,针对何种数据流的编码格式和封装⽅法进⾏编码转换⼯作。如我们在接⼝硬件标准相同的情况下,可以对 DV 流、 TS 流、 FTP ⽂件流等多种⽅式的数据流输⼊进⾏编码转换,并不需要更换硬件接⼝和编解码设备,只需更改转码软件的转码处理⼿段及控制⼿段即可
  我们看⼀下转码软件究竟是如何进⾏⼯作的。
  不同的转码软件有其各⾃特点,但不外乎有以下⼏个功能模块组成:数据接⼝模块、硬件接⼝模块、存储管理模块、转码算法模块、数据处理模块、控制管理模块和⽤户界⾯模块。
  每个模块各⾃负责软件⼯作的⼀个或⼏个⽅⾯:数据接⼝模块负责处理数据的输⼊和输出,硬件接⼝模块负责与计算机硬件驱动程序通信,存储管理模块负责内村等存储空间的分配,转码算法模块提供转码处理⼯作的算法⼿段,数据处理模块进⾏转码的具体数据处理,控制管理模块进⾏整个转码⼯作的控制和信息处理,⽤户界⾯模块提供⽤户与转码软件的交互,提供⽤户对转码的编码⽅式、码流及其它的⼀些软件提供的选项进⾏控制。
  转码算法模块可以固化到转码软件中,也可以以插件的⽅式存在。当转码软件处理不同的编码转换任务时,根据需要使⽤不同的转码算法插件,可以在不改变其它功能模块配置的情况下,灵活的扩展软件功能。
  使⽤计算机设备配合转码软件,进⾏专业视频编码转换⼯作,具有以下⼀些优点:
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  • 硬件设施相对简单
  使⽤计算机设备及软件进⾏转码⼯作,⽆需使⽤专⽤的编解码芯⽚或板卡。对数据的处理完全由软件来控制完成。调味篮
  • 转码范围⼴、灵活性好
  使⽤软件转码,可以由⽤户根据需求对转码设置进⾏控制。包括⽬标码流的的⼤⼩、级别、压缩⽅式、封装⽅式等⽅⾯均可以由⽤户来指定,根据不同的需求直接使⽤相应的转码算法,转码算法可以作为插件存在于软件中,便于随时更新或升级,⽽⽆需对整个系统进⾏改动。
  三、转码的复杂度和资源消耗随需求不同发⽣变化。运⽤软件转码系统可以对不同的转码要求分别对待。有时候我们仅仅是想改变视频⽂件的封装⽅式,⽽不改变其压缩编码的⽅式,这种⽅式就⾮常适合。例如我们有这样的需求,需将 SONY 的 MAV 系列服务器中的MPEG-2 I 帧 50M 码流编码的视频⽂件转码为 Ma trox DigiSuite DTV 板卡可⽀持的视频⽂件形式,⽤于节⽬制作⽹络编辑。由于 DTV 板卡⽀持 MPEG-2 I 帧 50M 码流的视频数据,我们在进⾏转码⼯作的时候可以仅仅只改变视频⽂件的封装形式,⽽不改变其中涉及视频数据内容的压缩编码。这样可以⼤⼤降级转码⼯作的复杂度和系统消耗,同时可以保证视频数据的质量不因重新编解码⽽受到损伤。
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  4 转码系统在实际⼯程中的应⽤
  在电视技术⼯程中,已经有不少的应⽤转码系统的实际例⼦。我们下⾯就通过两个⼯程实例来进⼀步的分析基于计算机设备的转码系统的⼯作原理和应⽤前景。
  ⼀、转码系统在移动⾮线性编辑系统远程传输中的应⽤
  随着笔记本电脑性能的⽇益增强,商家已经敏锐的看到使⽤基于笔记本电脑的移动⾮线性编辑系统在远程编辑传输上的应⽤前景。基于软件的编辑⼿段使编辑系统的价格⼤⼤的降低,设备的便携性使现场编辑成为可能。但这些并不是移动⾮编优势的全部,还有⾮常重要的⼀个吸引⽤户的特点:使⽤移动⾮线性编辑系统,配合相应的⽹络接⼊设备,就可以利⽤现有的公⽤通讯⽹络进⾏视频数据的传输。使利⽤廉价的公共互联⽹络、电信⽹络或者移动通讯⽹络,替代专⽤昂贵的、点对点的通讯线路进⾏视频数据传输成为可能。
  移动编辑系统可以使⽤遍布城镇的廉价的宽带、 ADSL 线路、 GPRS ⽆线通讯所构成的公⽤互联通讯⽹络取代微波、光纤通道、卫星等专⽤昂贵的数据链接通路进⾏视频数据的传输。
但使⽤公⽤⽹络传输视频素材,不可避免的要遇到公共⽹络带宽的瓶颈问题,⽐如给予以太局域⽹的宽带互联⽹络接⼊,其最⾼传输速率⼀般不会超过 4Mbps ,⽽根据路由的不同及⼲线带宽的限制,实际传输的速率会更低。对于 50M 码流的 MPEG2 全 I 帧编码或 25M 码流的DV 编码⽽⾔,公⽤⽹络的数据传输率是难以忍受的。我们以 DV 25M 码流的编码⽅式为例,在 Windows 操作系统下,⼀分钟的 DV ⽂件约为 220MB 左右,在互联⽹络上以 200KBps 的速度传输,其需要 4100 秒左右,即 68 分钟左右。即视频数据时长和传输所需时长之⽐是1 : 68 。这种效率的传输⽅式虽然在理论上是可⾏的,但在实际应⽤中,由于不同⽹络状况,速度各有差别,⽽且在传输中任何的⼀次中断都有可能使整个视频⽂件的不可使⽤,从⽽导致必须从头重新传输。所以这种⼯作⽅式在实际⼯作中是不具
有可操作性的。
  那么如何使⽤公⽤互联通讯⽹络,⾼效,便捷的将节⽬视频数据传回编辑地点或者直接⽤于播出呢?可以利⽤基于软件转码的视频数据传输系统解决这个问题。
  我们可以根据具体需要,将节⽬视频数据通过软件转码系统转换为指定格式,指定码流编码⽅式,以⽂件分割的⽅式分成若⼲个⼤⼩合适的数据包,通过公共互联⽹络以 FTP 的⽅式将这些数据包发送给异地的接收端,并提供数据校验⼿段。接收端在收到各个数据包后,将这些数据包和并编码为接收端指定的数据编码⽅式,在这个过程中如遇到数据包丢失,则接收端要求传输⽅重新发送该数据包,⽽不需重新将视频数据从头传输。
  如在实际⼯作中遇到这样⼀个问题:⼯作任务要求将异地拍摄的突发新闻素材及时传⾄远⽅的电视台。两地之间⽆专⽤视频信号传输线路或专⽤线路租⾦过于昂贵,公⽤互联⽹络接⼊却很⽅便。拍摄的原素材为 DV 的压缩编码格式,电视台的编辑和播出系统使⽤的是MPEG-2 的压缩编码格式。为了达到快速、⾼效、廉价的将节⽬素材传回电视台,可以采⽤以下的⼯作⽅式。
  ⾸先使⽤移动⾮线性编辑系统本机上的软件转码系统将源视频数据( DV )转码为⽤户指定编码⽅式和码流的视频数据⽂件。编码⽅式和码流的指定根据⽤户的具体需要,如对注重内容性的突发新闻和⼀些不需要进⾏再次复杂编辑的视频数据,⽤户可以选择适当的牺牲视频数据图像质量来换取更⾼的压
沉淀池
缩⽐的⽂件⽤于在公共互联⽹络上传输,⽐如将每分钟 220MB 左右的 DV ⽂件转码为每分钟 60MB 的⾼压缩⽐的 MPEG-4 ⽂件。在⽹络状况不变的情况下,其传输时间可以减少为直接传输 DV ⽂件所需花费时间的四分之⼀,代价是牺牲图像质量,但其图像质量的损失⾁眼⼏乎不能区别。随后将 MPEG-4 ⽂件拆分为若⼲个数据包。通过 FTP ⽅式将这些数据包发送到远端的电视台接收端。接收端将这些⽂件合并后得到的 MPEG-4 ⽂件,根据⽤户指定的码流和编码⽅式,通过转码系统将该⽂件转码为指定封装格式的MPEG-2 ⽂件,直接⽤于编辑或播出。
  采⽤这种传输⽅式有以下特点:⽤户可以控制所需传输⽂件的⼤⼩,根据⾃⾝需要及⽹络状况进⾏灵活调整;⽤户可以对视频数据图像质量进⾏控制,可以在传输数据的同时改变图像的分辨率及编码⽅式;将视频数据⽂件拆分成若⼲的数据包进⾏传输,可以充分的利⽤公⽤互联通讯⽹络的资源,同时具有断点续传的功能;⽤户在拆分和合并数据包时可以加⼊⾃定义的加密解密⽅式,可以使数据在互联⽹上的传输更加安全;拆分⽂件、编码传输、合并⽂件等⼯作可以同时进⾏,如在编码的过程中可以将已经编码完成的部分拆分成数据包,直接发送到接收端,接收端可以边接收边合并,并将已经合并的数据进⾏编码⼯作,可以⼤⼤的提⾼⼯作效率。
  值得⼀提的是,图像质量损失的⼤⼩是在⽤户指定传输的编码⽅式和码流的⼤⼩时确定的。在传输⾄⽬的地时将收到的视频数据转码为⾼码流的编码⽅式时,只会在视频数据中加⼊冗余信息,⽽不能改变图像质量。因此⽤户可以根据⾃⼰的需求,通过调整传输码流的⼤⼩控制图像质量和传输时间的
平衡关系。
  转码系统在这个⼯程中主要⽤于改变视频数据的编码⽅式及码流⼤⼩,以适合使⽤低速⽹络进⾏传输,并且在传输过程中通过控制编码⽅式和码流的⼤⼩,对传输的图像质量进⾏控制。在下⾯的⼀个⼯程例⼦中,我们通过对如何利⽤转码系统进⾏⾼效的视频素材数据的收录⼯作的分析,从⽽探讨转码系统应⽤的另外⼀种侧重,即对视频数据编码的封装⽅式和冗余信息的转码,⽽较少的触及视频数据内容本⾝的编码⽅式和码流⼤⼩,提⾼不同数字视频设备产⽣的视频数据的通⽤性,并且减少传输中的编解码环节对视频数据质量的影响。
  ⼆、转码系统在集中收录系统中的应⽤
  我们在基于 Ma trox DigiSuite DTV 板卡的节⽬制作⽹络中,设计⼀个集中上载系统,⽬的是改变传统使⽤编辑板卡本⾝进⾏上载⼯作的⽅式,利⽤视频服务器的多通道,⾼稳定性和编码的灵活性进⾏视频数据的集中上载。通过转码系统将服务器产⽣的视频⽂件格式转换为编辑系统可以使⽤的视频数据格式,同时将卫星收录、已经存在的视⾳频⽂件及其它途径获取的视频源通过转码系统引⼊编辑⽹络中。从⽽提⾼视频数据上载的效率及灵活性,减少编辑站点有于上载⼯作所花费的⾮编辑占机时间,并且将不同压缩编码格式的视频数据⽅便的引⼊编辑系统中来。
  该⽅案的⼯作原理是利⽤带存储单元的多通道视频服务器,作为集中上载的第⼀个环节,视频输⼊
通道分别与录像机、摄像机、切换台等传统前期节⽬相连。录制控制⼯作站通过 422 控制矩阵控制视频服务器的输⼊通道进⾏节⽬素材上载,以视频服务器所提供的视频⽂件格式存储在服务器本机存储单元内。视频服务器利⽤千兆异步接⼝通过⽹关与千兆以太交换机连接,利⽤标准的 FTP 协议将服务器内的视频⽂件,通过转码系统传输⾄节⽬制作⽹络的硬盘存储阵列中,提供给编辑环境进⾏编辑制作⼯作。
  这种⼯作⽅式建⽴后,具有极强的灵活性。传统使⽤ SDI 、模拟复合分量接⼝的设备可以使⽤视频服务器连接上载,⽽对提供千兆以太接⼝的设备,如硬盘录像机、 SONY 的带标准以太接⼝的录像机设备及基于⽂件系统的蓝光盘摄录设备、 P2 卡设备等,都可以通过标准的千兆以太接⼝和集中上载系统中的千兆交换机连接,通过 422 控制或以太⽹络和控制环节连接。可以⽅便的利⽤ FTP ⽅式进⾏⾼速⽂件上载的⼯作,并且在加⼊这些设备时,对集中上载的系统配置和控制操作⽆需进⾏⼤的调整或更改。转码系统在集中收录系统中处于核⼼地位。
  转码系统是由转码服务器、转码调度服务器、⽤户控制界⾯和相应的以太⽹络及 Fiber Channel ⽹络联接交换设备组成。其中具体负责转码⼯作的转码服务器是⼀台或⼏台带有千兆以太及 FC 接⼝的⾼性能计算机设备。视频数据通过千兆以太接⼝进⼊转码服务器,经过转码处理后通过 FC 端⼝输出⾄节⽬制作⽹络的硬盘存储阵列或者其它存储机构。⽤户通过⽤户控制界⾯对转码调度服务器进⾏配置调整,指定转码的编码⽅式及码流。转码调度服务器通过以太连接控制转码服务器进⾏转码⼯作。转
码服务器可以在视频数据从千兆以太接⼝输⼊到从Fiber Channel 接⼝输出的数据迁移过程中,改变视频数据的编码⽅式或⽂件封装的格式,将视频数据⽂件由视频服务器所⽀持的⽂件格式转换为编辑环境所识别和可使⽤的视频⽂件格式。同样的,对于可以提供千兆异步接⼝的视频设备均可通过⽹关和千兆以太⽹络连接,在数据迁移中进⾏视频数据的转码⼯作
  在这种⼯作⽅式下,转码系统可以尽可能的减少对视频数据本⾝的编码⽅式和码流⼤⼩进⾏改变。⽐如对服务器中的 MPEG-2 ⽂件,可以改变其封装⽅式和头⽂件直接⽤于编辑⼯作站使⽤。同样,所有编辑站点可以处理使⽤的编码⽅式,如 DTV 板卡⽀持处理 MPEG-2 、DV25 和 DV50 的编码⽅式,基于这些编码⽅式的视频数据,均可以⾼效、⽅便的引⼊编辑系统中,⽽不需要对视频数据的内容数据进⾏重复的编解码⼯作,从⽽避免了由于传输环节造成的图像质量损失。
  由于纯粹的转码运算⼯作在这项任务中已经不是转码速度的瓶颈,转码时间的⼤⼩取决于数据接⼝的速度,如理论上可提供千兆左右传输速度的千兆以太和 FC 接⼝,在只改变⽂件包装⽅式的情况下,实际上可以将 MPEG-2 全 I 帧 50M 码流的⽂件以 1/5~1/10 于⽂件时长的时间进⾏收录引⼊⼯作,从⽽⼤⼤减少了由于素材上载⽽带来的时间消耗
  总结
  上⾯两个⼯程实例代表了转码系统在两个侧重⽅向上的应⽤,转码系统在移动⾮线性编辑传输视频
数据时,通过改变码流减少了码流的⼤⼩,从⽽提⾼了传输的速度,并通过⽂件拆分的⽅式,将⼤块整体的数据转变为⼩块分散的数据,从⽽降低了由通道的不稳定带来的传输风险。⽽在集中收录系统应⽤转码系统时,利⽤⾼速稳定的传输通道,使⽤改变⽂件或流封装的⽅式来提⾼视频数据的通⽤性。并且可以利⽤⾼速的 FTP 的传输⽅式以超实时的速度将视频素材引⼊编辑环境中。
羽毛球发球机
  通过对这两个具体⼯程中的应⽤分析,可以看到转码系统在视频领域内的应⽤前景是⾮常⼴阔的。以前必须使⽤昂贵的专业硬件设备才能进⾏的视频数据编解码、码流转换等⼯作,现在通过⽇益强⼤的计算机技术,可以利⽤转码软件来完成。同时转码技术在视频数据的传输、存储和通⽤性增强⽅⾯也可以提供很好的解决⽅案。
  专业视频领域中的转码技术是从通⽤技术脱⾝发展⽽来,反过来可以⼤⼤的降级专业视频设备投⼊的成本,增强其通⽤性和灵活性。这种借⽤它⼭之⽯,将通⽤产品技术专业化的成功范例在业内已经有相当多的成功例⼦,如千兆以太接⼝和光盘技术在硬盘录像机和蓝光盘设备上的应⽤,如半导体存储设备在 P2 卡上的应⽤等等。我们相信,这种基于软件的转码系统的⼯作模式将会是专业视频领域内的下⼀个成果范例,并会带来视频领域内的另⼀场变⾰。
家庭信息箱

本文发布于:2024-09-24 10:25:18,感谢您对本站的认可!

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