視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)及轉(zhuǎn)碼技術(shù)詳細(xì)介紹

　　那么如何使用公用互聯(lián)通訊網(wǎng)絡(luò)，高效，便捷的將節(jié)目視頻數(shù)據(jù)傳回編輯地點(diǎn)或者直接用于播出呢?可以利用基于軟件轉(zhuǎn)碼的視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)解決這個問題。

　　我們可以根據(jù)具體需要，將節(jié)目視頻數(shù)據(jù)通過軟件轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為指定格式，指定碼流編碼方式，以文件分割的方式分成若干個大小合適的數(shù)據(jù)包，通過公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以 FTP 的方式將這些數(shù)據(jù)包發(fā)送給異地的接收端，并提供數(shù)據(jù)校驗(yàn)手段。接收端在收到各個數(shù)據(jù)包后，將這些數(shù)據(jù)包和并編碼為接收端指定的數(shù)據(jù)編碼方式，在這個過程中如遇到數(shù)據(jù)包丟失，則接收端要求傳輸方重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包，而不需重新將視頻數(shù)據(jù)從頭傳輸。

　　如在實(shí)際工作中遇到這樣一個問題：工作任務(wù)要求將異地拍攝的突發(fā)新聞素材及時傳至遠(yuǎn)方的電視臺。兩地之間無專用視頻信號傳輸線路或?qū)Ｓ镁€路租金過于昂貴，公用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入?yún)s很方便。拍攝的原素材為 DV 的壓縮編碼格式，電視臺的編輯和播出系統(tǒng)使用的是 MPEG-2 的壓縮編碼格式。為了達(dá)到快速、高效、廉價(jià)的將節(jié)目素材傳回電視臺，可以采用以下的工作方式。

　　首先使用移動非線性編輯系統(tǒng)本機(jī)上的軟件轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)將源視頻數(shù)據(jù)( DV )轉(zhuǎn)碼為用戶指定編碼方式和碼流的視頻數(shù)據(jù)文件。編碼方式和碼流的指定根據(jù)用戶的具體需要，如對注重內(nèi)容性的突發(fā)新聞和一些不需要進(jìn)行再次復(fù)雜編輯的視頻數(shù)據(jù)，用戶可以選擇適當(dāng)?shù)臓奚曨l數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量來換取更高的壓縮比的文件用于在公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上傳輸，比如將每分鐘 220MB 左右的 DV 文件轉(zhuǎn)碼為每分鐘 60MB 的高壓縮比的 MPEG-4 文件。在網(wǎng)絡(luò)狀況不變的情況下，其傳輸時間可以減少為直接傳輸 DV 文件所需花費(fèi)時間的四分之一，代價(jià)是犧牲圖像質(zhì)量，但其圖像質(zhì)量的損失肉眼幾乎不能區(qū)別。隨后將 MPEG-4 文件拆分為若干個數(shù)據(jù)包。通過 FTP 方式將這些數(shù)據(jù)包發(fā)送到遠(yuǎn)端的電視臺接收端。接收端將這些文件合并后得到的 MPEG-4 文件，根據(jù)用戶指定的碼流和編碼方式，通過轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)將該文件轉(zhuǎn)碼為指定封裝格式的 MPEG-2 文件，直接用于編輯或播出。

　　采用這種傳輸方式有以下特點(diǎn)：用戶可以控制所需傳輸文件的大小，根據(jù)自身需要及網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行靈活調(diào)整;用戶可以對視頻數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量進(jìn)行控制，可以在傳輸數(shù)據(jù)的同時改變圖像的分辨率及編碼方式;將視頻數(shù)據(jù)文件拆分成若干的數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸，可以充分的利用公用互聯(lián)通訊網(wǎng)絡(luò)的資源，同時具有斷點(diǎn)續(xù)傳的功能;用戶在拆分和合并數(shù)據(jù)包時可以加入自定義的加密解密方式，可以使數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上的傳輸更加安全;拆分文件、編碼傳輸、合并文件等工作可以同時進(jìn)行，如在編碼的過程中可以將已經(jīng)編碼完成的部分拆分成數(shù)據(jù)包，直接發(fā)送到接收端，接收端可以邊接收邊合并，并將已經(jīng)合并的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼工作，可以大大的提高工作效率。

　　值得一提的是，圖像質(zhì)量損失的大小是在用戶指定傳輸?shù)木幋a方式和碼流的大小時確定的。在傳輸至目的地時將收到的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼為高碼流的編碼方式時，只會在視頻數(shù)據(jù)中加入冗余信息，而不能改變圖像質(zhì)量。因此用戶可以根據(jù)自己的需求，通過調(diào)整傳輸碼流的大小控制圖像質(zhì)量和傳輸時間的平衡關(guān)系。

　　轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)在這個工程中主要用于改變視頻數(shù)據(jù)的編碼方式及碼流大小，以適合使用低速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，并且在傳輸過程中通過控制編碼方式和碼流的大小，對傳輸?shù)膱D像質(zhì)量進(jìn)行控制。在下面的一個工程例子中，我們通過對如何利用轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)進(jìn)行高效的視頻素材數(shù)據(jù)的收錄工作的分析，從而探討轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)應(yīng)用的另外一種側(cè)重，即對視頻數(shù)據(jù)編碼的封裝方式和冗余信息的轉(zhuǎn)碼，而較少的觸及視頻數(shù)據(jù)內(nèi)容本身的編碼方式和碼流大小，提高不同數(shù)字視頻設(shè)備產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)的通用性，并且減少傳輸中的編解碼環(huán)節(jié)對視頻數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。

　　二、轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)在集中收錄系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　我們在基于 Ma trox DigiSuite DTV 板卡的節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)一個集中上載系統(tǒng)，目的是改變傳統(tǒng)使用編輯板卡本身進(jìn)行上載工作的方式，利用視頻服務(wù)器的多通道，高穩(wěn)定性和編碼的靈活性進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的集中上載。通過轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)將服務(wù)器產(chǎn)生的視頻文件格式轉(zhuǎn)換為編輯系統(tǒng)可以使用的視頻數(shù)據(jù)格式，同時將衛(wèi)星收錄、已經(jīng)存在的視音頻文件及其它途徑獲取的視頻源通過轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)引入編輯網(wǎng)絡(luò)中。從而提高視頻數(shù)據(jù)上載的效率及靈活性，減少編輯站點(diǎn)有于上載工作所花費(fèi)的非編輯占機(jī)時間，并且將不同壓縮編碼格式的視頻數(shù)據(jù)方便的引入編輯系統(tǒng)中來。

　　該方案的工作原理是利用帶存儲單元的多通道視頻服務(wù)器，作為集中上載的第一個環(huán)節(jié)，視頻輸入通道分別與錄像機(jī)、攝像機(jī)、切換臺等傳統(tǒng)前期節(jié)目相連。錄制控制工作站通過 422 控制矩陣控制視頻服務(wù)器的輸入通道進(jìn)行節(jié)目素材上載，以視頻服務(wù)器所提供的視頻文件格式存儲在服務(wù)器本機(jī)存儲單元內(nèi)。視頻服務(wù)器利用千兆異步接口通過網(wǎng)關(guān)與千兆以太交換機(jī)連接，利用標(biāo)準(zhǔn)的 FTP 協(xié)議將服務(wù)器內(nèi)的視頻文件，通過轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)傳輸至節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)的硬盤存儲陣列中，提供給編輯環(huán)境進(jìn)行編輯制作工作。

　　這種工作方式建立后，具有極強(qiáng)的靈活性。傳統(tǒng)使用 SDI 、模擬復(fù)合分量接口的設(shè)備可以使用視頻服務(wù)器連接上載，而對提供千兆以太接口的設(shè)備，如硬盤錄像機(jī)、 SONY 的帶標(biāo)準(zhǔn)以太接口的錄像機(jī)設(shè)備及基于文件系統(tǒng)的藍(lán)光盤攝錄設(shè)備、 P2 卡設(shè)備等，都可以通過標(biāo)準(zhǔn)的千兆以太接口和集中上載系統(tǒng)中的千兆交換機(jī)連接，通過 422 控制或以太網(wǎng)絡(luò)和控制環(huán)節(jié)連接?？梢苑奖愕睦?FTP 方式進(jìn)行高速文件上載的工作，并且在加入這些設(shè)備時，對集中上載的系統(tǒng)配置和控制操作無需進(jìn)行大的調(diào)整或更改。轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)在集中收錄系統(tǒng)中處于核心地位。

　　轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、轉(zhuǎn)碼調(diào)度服務(wù)器、用戶控制界面和相應(yīng)的以太網(wǎng)絡(luò)及 Fiber Channel 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接交換設(shè)備組成。其中具體負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)碼工作的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器是一臺或幾臺帶有千兆以太及 FC 接口的高性能計(jì)算機(jī)設(shè)備。視頻數(shù)據(jù)通過千兆以太接口進(jìn)入轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，經(jīng)過轉(zhuǎn)碼處理后通過 FC 端口輸出至節(jié)目制作網(wǎng)絡(luò)的硬盤存儲陣列或者其它存儲機(jī)構(gòu)。用戶通過用戶控制界面對轉(zhuǎn)碼調(diào)度服務(wù)器進(jìn)行配置調(diào)整，指定轉(zhuǎn)碼的編碼方式及碼流。轉(zhuǎn)碼調(diào)度服務(wù)器通過以太連接控制轉(zhuǎn)碼服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)碼工作。轉(zhuǎn)碼服務(wù)器可以在視頻數(shù)據(jù)從千兆以太接口輸入到從 Fiber Channel 接口輸出的數(shù)據(jù)遷移過程中，改變視頻數(shù)據(jù)的編碼方式或文件封裝的格式，將視頻數(shù)據(jù)文件由視頻服務(wù)器所支持的文件格式轉(zhuǎn)換為編輯環(huán)境所識別和可使用的視頻文件格式。同樣的，對于可以提供千兆異步接口的視頻設(shè)備均可通過網(wǎng)關(guān)和千兆以太網(wǎng)絡(luò)連接，在數(shù)據(jù)遷移中進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)碼工作

　　在這種工作方式下，轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)可以盡可能的減少對視頻數(shù)據(jù)本身的編碼方式和碼流大小進(jìn)行改變。比如對服務(wù)器中的 MPEG-2 文件，可以改變其封裝方式和頭文件直接用于編輯工作站使用。同樣，所有編輯站點(diǎn)可以處理使用的編碼方式，如 DTV 板卡支持處理 MPEG-2 、 DV25 和 DV50 的編碼方式，基于這些編碼方式的視頻數(shù)據(jù)，均可以高效、方便的引入編輯系統(tǒng)中，而不需要對視頻數(shù)據(jù)的內(nèi)容數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)的編解碼工作，從而避免了由于傳輸環(huán)節(jié)造成的圖像質(zhì)量損失。

　　由于純粹的轉(zhuǎn)碼運(yùn)算工作在這項(xiàng)任務(wù)中已經(jīng)不是轉(zhuǎn)碼速度的瓶頸，轉(zhuǎn)碼時間的大小取決于數(shù)據(jù)接口的速度，如理論上可提供千兆左右傳輸速度的千兆以太和 FC 接口，在只改變文件包裝方式的情況下，實(shí)際上可以將 MPEG-2 全 I 幀 50M 碼流的文件以 1/5~1/10 于文件時長的時間進(jìn)行收錄引入工作，從而大大減少了由于素材上載而帶來的時間消耗

　　總結(jié)

　　上面兩個工程實(shí)例代表了轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)在兩個側(cè)重方向上的應(yīng)用，轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)在移動非線性編輯傳輸視頻數(shù)據(jù)時，通過改變碼流減少了碼流的大小，從而提高了傳輸?shù)乃俣龋⑼ㄟ^文件拆分的方式，將大塊整體的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾K分散的數(shù)據(jù)，從而降低了由通道的不穩(wěn)定帶來的傳輸風(fēng)險(xiǎn)。而在集中收錄系統(tǒng)應(yīng)用轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)時，利用高速穩(wěn)定的傳輸通道，使用改變文件或流封裝的方式來提高視頻數(shù)據(jù)的通用性。并且可以利用高速的 FTP 的傳輸方式以超實(shí)時的速度將視頻素材引入編輯環(huán)境中。

　　通過對這兩個具體工程中的應(yīng)用分析，可以看到轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)在視頻領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用前景是非常廣闊的。以前必須使用昂貴的專業(yè)硬件設(shè)備才能進(jìn)行的視頻數(shù)據(jù)編解碼、碼流轉(zhuǎn)換等工作，現(xiàn)在通過日益強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以利用轉(zhuǎn)碼軟件來完成。同時轉(zhuǎn)碼技術(shù)在視頻數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和通用性增強(qiáng)方面也可以提供很好的解決方案。

　　專業(yè)視頻領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)碼技術(shù)是從通用技術(shù)脫身發(fā)展而來，反過來可以大大的降級專業(yè)視頻設(shè)備投入的成本，增強(qiáng)其通用性和靈活性。這種借用它山之石，將通用產(chǎn)品技術(shù)專業(yè)化的成功范例在業(yè)內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)多的成功例子，如千兆以太接口和光盤技術(shù)在硬盤錄像機(jī)和藍(lán)光盤設(shè)備上的應(yīng)用，如半導(dǎo)體存儲設(shè)備在 P2 卡上的應(yīng)用等等。我們相信，這種基于軟件的轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的工作模式將會是專業(yè)視頻領(lǐng)域內(nèi)的下一個成果范例，并會帶來視頻領(lǐng)域內(nèi)的另一場變革。