視頻轉碼技術及其轉碼技術的實現(xiàn)詳解

本文簡單介紹了視頻轉碼技術的定義、分類及實現(xiàn)手段，重點分析了如何在視頻工程中使用轉碼技術，包括轉碼技術的使用方式及其優(yōu)勢所在。分析了在流方式和文件方式下如何使用轉碼技術。通過對移動非線性編輯系統(tǒng)遠程傳輸視頻數(shù)據(jù)和節(jié)目制作網絡素材集中上載兩個工程實例的分析，探討了轉碼系統(tǒng)工作的靈活性和通用性。闡明了作者對在專業(yè)視頻領域內，配合計算機設備及網絡架構，使用轉碼技術前景的看法。

　　1 引言

　　從一個簡單的問題開始我們的討論：對于一個視頻工程技術人員而言，工作中所需面對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 MoTIon-JPEG 、 MPEG 、 DV 、 H.261H.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不同的子類或子級，如討論 DVB ，經常就要涉及 MPEG-2 MP@ML 和 MP@HL ;不同廠商的視頻產品，也根據(jù)各自情況采用不同的 幀內、幀間編碼關系及不同的碼流; GOP 長度、 I 、 B 、 P 幀、 50 、 25 Mbps 等名詞現(xiàn)在已經成為視頻產品技術參數(shù)的重要組成部分;每個廠商在視頻數(shù)據(jù)的封裝上也有各自的編碼方式，不同廠商開發(fā)的視頻服務器，如 Grass Valley 的 Profile 系列服務器和 SONY 的 MAV 系列的服務器，雖然可以支持以相同 GOP 長度、相同碼流的編碼方式產生 MPEG-2 視頻文件，但由于在文件封裝上的不同，二者產生的視頻文件是無法相互直接使用的，這種情況在數(shù)字視頻領域相當普遍，有時甚至在同一廠商所開發(fā)的不同系列的視頻產品中，數(shù)據(jù)流或文件也是無法相互識別的。

　　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備之間如何高質量、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，根據(jù)情況進行再編碼，并加以適當?shù)姆庋b，使用相同的接口協(xié)議，以流的方式，在不同的視頻產品之間進行傳輸共享。如在不同的視頻產品間使用 SDI 連接，不論設備內部使用何種編碼方式，均通過內置的 SDI 編解碼器將視頻數(shù)據(jù)編解碼為標準的 SDI 數(shù)據(jù)流，進行傳輸。

　　無論設備 A 內部的采用何種壓縮編碼方式，在向設備 B 傳輸視頻數(shù)據(jù)時，首先通過其內置的數(shù)據(jù)解碼單元將視頻數(shù)據(jù)解碼送至 SDI 編碼器，封裝轉換成 SDI 數(shù)據(jù)流，再通過 SDI 接口傳輸給設備 B 的 SDI 接口，設備 B 將其通過 SDI 解碼器，送至其本身的數(shù)據(jù)編碼單元，對視頻數(shù)據(jù)重新編碼進行處理或存儲。

　　這種數(shù)據(jù)交換的前提，是不同的設備存在遵從相同協(xié)議的接口，如 SDI 接口，并具備相應的編解碼硬件設備，使用一種可以共同識別的數(shù)據(jù)流作為中介進行視音頻數(shù)據(jù)的交換。

　　我們換一個角度來看，這種方式本身可以看成是一個編碼方式轉換，即轉碼的過程。它將設備 A 中編碼處理的視頻數(shù)據(jù)解碼，通過 SDI 編解碼器轉換成 SDI 流，傳輸給設備 B ，再將其傳換成為設備 B 所使用的數(shù)據(jù)編碼方式進行處理和存儲。

　　在這種情況下，如果我們可以使用直接的轉碼手段，將基于設備 A 編碼方式的視頻數(shù)據(jù)轉換為設備 B 可以識別并使用的數(shù)據(jù)編碼格式，為設備 B 處理或存儲，可以減少重復編解碼所帶來的設備開銷和信號質量下降，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。

　　這正是本文想要和大家探討的，如何靈活的利用轉碼方式，在基于不同編碼方式的設備間共享視頻數(shù)據(jù)，提高工作效率，同時討論在工程方面的可能會遇到的問題及解決方案。

　　2 視頻轉碼技術

　　視頻轉碼技術，顧名思義就是在通過某種手段改變現(xiàn)有視頻數(shù)據(jù)的編碼方式。視頻轉碼技術使用的目的不同，其實現(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)轉碼

　　不同編碼格式之間的數(shù)據(jù)轉碼，指通過轉碼方法改變視頻數(shù)據(jù)的編碼格式。通常這種數(shù)據(jù)轉碼會改變視頻數(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)轉換為 DV 、 MPEG-4 或其它編碼格式，同時根據(jù)其轉碼目的，指定轉碼產生視頻數(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)轉換為 25Mbps 碼流的 DV 格式數(shù)據(jù)，用于筆記本移動編輯系統(tǒng)，同時產生一個 300*200 低分辨率的 MPEG-4 文件，使用 REAL 或者微軟的 WMV 格式進行封裝，通過互聯(lián)網絡傳輸至主管領導處用于審看。

　　這種轉碼方式設計的算法較為復雜，其實質上是一個重新編碼的過程，涉及的算法復雜度和系統(tǒng)開銷，是由轉碼所需圖像質量要求及轉碼前后兩種編碼方式的相關度所決定的。

　　二、相同編碼格式之間的視頻數(shù)據(jù)轉碼

　　相同編碼格式的數(shù)據(jù)轉碼，指不改變壓縮格式，只通過轉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)轉碼為 MPEG-2 IBBP 幀 8Mbps 碼流的視頻數(shù)據(jù)，直接用于播出服務器用于播出?；蛘呶覀儗⒒?SONY 視頻服務器頭文件封裝的 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 碼流的視頻文件，改變其頭文件和封裝形式，使之可以在給予 MATROX 板卡的編輯系統(tǒng)上直接編輯使用。

　　這種轉碼方式的復雜度要小于不同編碼格式轉碼的復雜度，而且對視頻工程上而言，更加具有可操作性。

　　3 視頻數(shù)據(jù)轉碼的實現(xiàn)

　　視頻數(shù)據(jù)不同編碼之間的相互轉化有很多算法可以實現(xiàn)，許多運動圖像專家對此也作了深入的研究，針對不同的編碼方式提出了相當多可行的方案。這些方案共同的特點就是充分利用所需相互轉換編碼之間的共同特征，盡量減少編解碼所帶來的圖像質量損失，同時達到時間和資源消耗的平衡。

　　如我們將一個 MPEG-2 的視頻數(shù)據(jù)轉換成 MPEG-4 的視頻數(shù)據(jù)，當然可以采用的方法是先將 MPEG-2 的視頻解壓縮成單 幀的圖像序列，再將其重新壓縮編碼成為 MPEG-4 的視頻數(shù)據(jù)

　　但這種轉碼方式的運算復雜度的使用 SDI 數(shù)據(jù)流作為中介的運算復雜度并沒有什么區(qū)別。我們可以通過一些方法提高轉碼的效率，降低運算復雜度，比如 MPEG-2 和 MPEG-4 在其編碼算法上有很多相通的地方，在 DCT 變換， MC 運動補償， MV 運動補償?shù)确矫嬗性S多可以公用的地方，我們并不需要將其完全解碼成獨立的圖像序列，可利用不同編碼方式間的相關性進行轉碼工作

　　MPEG-2 視頻數(shù)據(jù)中所有的頭信息被解碼后都直接送到 MPEG -4 編碼器中進行編碼，其中少數(shù)頭信息需要調整，以適應新的編碼格式。而 DCT 系數(shù)和 MV 信息被重用，省去了運動估計和 DCT 的系統(tǒng)消耗。同時 MPEG -4 做運動補償?shù)臅r候，也可以直接利用 MPEG -2 解碼器解碼得出的運動矢量的信息。

　　我們可以看出，使用不同的轉碼算法在不同需求的編碼轉換時，可以得到不同的時間及系統(tǒng)消耗復雜度。這些不同復雜度算法的是否采用取決于用戶對工作任務的要求。比如工作任務需要實時獲得轉碼結果，要求高可靠性，并且對轉碼前后的數(shù)據(jù)的編碼方式及碼流指定不變。那么我們可以采用高效的轉碼算法，必要時犧牲一些圖像質量，將算法固化在硬件芯片板卡上，從而滿足任務需求。如果工作任務對轉碼同步性要求并不高，不要求實時輸出，但對圖像質量有很高的要求，我們可以采用一些效率較低，但圖像質量損失較小的轉碼算法?？梢詫⑺惴ü潭ㄔ谟布酒?，也可以使用通用的計算機運算系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，使用軟件算法進行轉碼工作，這些方式的具體應用方式在本文的后半部分會詳細介紹。

　　下面來看一下這些轉碼工作是如何實現(xiàn)的。

　　一、傳統(tǒng)面向流方式的視頻轉碼

　　由于視頻數(shù)據(jù)自身的特點，數(shù)據(jù)量的龐大和線性的存儲格式，長期以來傳統(tǒng)的視頻編碼轉換都是面向數(shù)據(jù)流進行操作。其工作原理如一個制式轉換器一樣，輸入端輸入連續(xù)的 NTSC 制信號，同時在輸出端輸出實時的 PAL 制信號。

　　這種方式的優(yōu)點是可以以實時或者接近實時的方式輸出轉碼結果，轉碼算法固化在板卡芯片上，轉碼工作基本上是由硬件完成，穩(wěn)定性好。但其缺點也是顯而易見的，轉碼單元針對特定的源編碼方式和目標編碼方式，用戶基本無法對碼流的大小和附加信息進行控制，靈活性較差。而為了滿足實時處理的要求，有時必須需要犧牲一些圖像的質量。另外的缺點就是這種基于流方式的視頻轉碼，輸入和輸出基本同步，不能以快于實時的速度進行編碼轉換。

　　隨著計算機技術的日益進步，非線性存儲手段日益完善，我們可以通過文件的方式存儲視頻數(shù)據(jù)。這樣就為視頻數(shù)據(jù)提供了新的，更加靈活高效的轉碼手段。

　　二、使用計算機及其相關設備面向文件方式進行視頻轉碼

　　使用計算機設備改變單幅圖像的編碼方式已經是一個非常成熟的技術，但受到計算機運算能力和存儲能力的限制，很長一段時間內，對于符合廣播級要求的專業(yè)視頻數(shù)據(jù)的編碼轉換處理一直沒有什么好的解決方案。但隨著計算機設備運算能力的增強和存儲容量的日益擴大、其數(shù)據(jù)接口已經可以滿足視頻數(shù)據(jù)處理的需求，使用計算機及其相關設備處理視頻數(shù)據(jù)已經成為現(xiàn)在的主流，同時也給視頻轉碼提供了更好性價比的平臺。我們可以使用計算機設備，利用軟件手段，進行靈活高效的轉碼工作。

我們來看一看如何使用計算機系統(tǒng)進行轉碼工作。

　　這種利用計算機設備進行轉碼的工作方式具有非常大的靈活性，可以對以文件方式或以流方式存在的視頻數(shù)據(jù)進行處理。其本質均是在計算機設備的存儲器內開設足夠大數(shù)據(jù)的緩存地帶，將所需處理的視頻數(shù)據(jù)文件或流分成許多大小適合的片段，放入其中。由軟件提供轉碼算法，并控制計算機系統(tǒng)進行轉碼工作。圖 -7 中所示的數(shù)據(jù)接口的概念也非常的靈活，它可以使計算機設備的外部接口，如千兆以太、 Fiber Channel 通道，也可以是其本身的內置存儲通道接口。我們來看一下他們是如何工作的。

　　計算機設備先將需轉換編碼方式的視頻數(shù)據(jù)文件放入外部存儲或本地存儲設備中。然后將該視頻文件拆分成適合計算機設備處理的數(shù)據(jù)片段，放入高速緩存中，由軟件提供轉碼算法，利用計算機設備的處理能力對數(shù)據(jù)片段進行編碼轉換。轉換完成后將數(shù)據(jù)片段送入指定區(qū)域存儲，同時高速緩存區(qū)獲取新的數(shù)據(jù)片段。循環(huán)這種方式直到所有的拆分數(shù)據(jù)片段均得到了轉碼處理，合并轉碼完成的視頻數(shù)據(jù)文件片段，輸出我們所需要得到的視頻數(shù)據(jù)。

　　這種拆分數(shù)據(jù)的方式同樣也適合于以流方式存在的視頻數(shù)據(jù)，比如我們可以使用數(shù)據(jù)接口直接與數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流連接，不經過任何的編解碼將其存儲到計算機轉碼設備的指定緩存區(qū)域，變線性的數(shù)據(jù)流存在方式為非線性的數(shù)據(jù)存儲方式，然后可以使用圖— 8 所示的數(shù)據(jù)拆分方式進行轉碼處理，經合并后，可以選擇文件方式或依然保持流方式的數(shù)據(jù)輸出。

　　采用這種方式的轉碼工作，具有很強的靈活性，數(shù)字信號接口并不需要識別接收到的數(shù)據(jù)流為何種格式編碼、封裝如何。只需將數(shù)據(jù)如實記錄到緩存區(qū)，由轉碼軟件決定采用何種轉碼手段，針對何種數(shù)據(jù)流的編碼格式和封裝方法進行編碼轉換工作。如我們在接口硬件標準相同的情況下，可以對 DV 流、 TS 流、 FTP 文件流等多種方式的數(shù)據(jù)流輸入進行編碼轉換，并不需要更換硬件接口和編解碼設備，只需更改轉碼軟件的轉碼處理手段及控制手段即可

　　我們看一下轉碼軟件究竟是如何進行工作的。

　　不同的轉碼軟件有其各自特點，但不外乎有以下幾個功能模塊組成：數(shù)據(jù)接口模塊、硬件接口模塊、存儲管理模塊、轉碼算法模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制管理模塊和用戶界面模塊。

　　每個模塊各自負責軟件工作的一個或幾個方面：數(shù)據(jù)接口模塊負責處理數(shù)據(jù)的輸入和輸出，硬件接口模塊負責與計算機硬件驅動程序通信，存儲管理模塊負責內村等存儲空間的分配，轉碼算法模塊提供轉碼處理工作的算法手段，數(shù)據(jù)處理模塊進行轉碼的具體數(shù)據(jù)處理，控制管理模塊進行整個轉碼工作的控制和信息處理，用戶界面模塊提供用戶與轉碼軟件的交互，提供用戶對轉碼的編碼方式、碼流及其它的一些軟件提供的選項進行控制。

　　轉碼算法模塊可以固化到轉碼軟件中，也可以以插件的方式存在。當轉碼軟件處理不同的編碼轉換任務時，根據(jù)需要使用不同的轉碼算法插件，可以在不改變其它功能模塊配置的情況下，靈活的擴展軟件功能。

　　使用計算機設備配合轉碼軟件，進行專業(yè)視頻編碼轉換工作，具有以下一些優(yōu)點：

　　? 硬件設施相對簡單

　　使用計算機設備及軟件進行轉碼工作，無需使用專用的編解碼芯片或板卡。對數(shù)據(jù)的處理完全由軟件來控制完成。

　　? 轉碼范圍廣、靈活性好

　　使用軟件轉碼，可以由用戶根據(jù)需求對轉碼設置進行控制。包括目標碼流的的大小、級別、壓縮方式、封裝方式等方面均可以由用戶來指定，根據(jù)不同的需求直接使用相應的轉碼算法，轉碼算法可以作為插件存在于軟件中，便于隨時更新或升級，而無需對整個系統(tǒng)進行改動。

　　三、轉碼的復雜度和資源消耗隨需求不同發(fā)生變化。運用軟件轉碼系統(tǒng)可以對不同的轉碼要求分別對待。有時候我們僅僅是想改變視頻文件的封裝方式，而不改變其壓縮編碼的方式，這種方式就非常適合。例如我們有這樣的需求，需將 SONY 的 MAV 系列服務器中的 MPEG-2 I 幀 50M 碼流 編碼 的視頻文件轉碼為 Ma trox DigiSuite DTV 板卡可支持的視頻文件形式，用于節(jié)目制作網絡編輯。由于 DTV 板卡支持 MPEG-2 I 幀 50M 碼流的視頻數(shù)據(jù)，我們在進行轉碼工作的時候可以僅僅只改變視頻文件的封裝形式，而不改變其中涉及視頻數(shù)據(jù)內容的壓縮編碼。這樣可以大大降級轉碼工作的復雜度和系統(tǒng)消耗，同時可以保證視頻數(shù)據(jù)的質量不因重新編解碼而受到損傷。

　　4 轉碼系統(tǒng)在實際工程中的應用

　　在電視技術工程中，已經有不少的應用轉碼系統(tǒng)的實際例子。我們下面就通過兩個工程實例來進一步的分析基于計算機設備的轉碼系統(tǒng)的工作原理和應用前景。

　　一、轉碼系統(tǒng)在移動非線性編輯系統(tǒng)遠程傳輸中的應用

　　隨著筆記本電腦性能的日益增強，商家已經敏銳的看到使用基于筆記本電腦的移動非線性編輯系統(tǒng)在遠程編輯傳輸上的應用前景。基于軟件的編輯手段使編輯系統(tǒng)的價格大大的降低，設備的便攜性使現(xiàn)場編輯成為可能。但這些并不是移動非編優(yōu)勢的全部，還有非常重要的一個吸引用戶的特點：使用移動非線性編輯系統(tǒng)，配合相應的網絡接入設備，就可以利用現(xiàn)有的公用通訊網絡進行視頻數(shù)據(jù)的傳輸。使利用廉價的公共互聯(lián)網絡、電信網絡或者移動通訊網絡，替代專用昂貴的、點對點的通訊線路進行視頻數(shù)據(jù)傳輸成為可能。

　　移動編輯系統(tǒng)可以使用遍布城鎮(zhèn)的廉價的寬帶、 ADSL 線路、 GPRS 無線通訊所構成的公用互聯(lián)通訊網絡取代微波、光纖通道、衛(wèi)星等專用昂貴的數(shù)據(jù)鏈接通路進行視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

但使用公用網絡傳輸視頻素材，不可避免的要遇到公共網絡帶寬的瓶頸問題，比如給予以太局域網的寬帶互聯(lián)網絡接入，其最高傳輸速率一般不會超過 4Mbps ，而根據(jù)路由的不同及干線帶寬的限制，實際傳輸?shù)乃俾蕰?。對?50M 碼流的 MPEG2 全 I 幀編碼或 25M 碼流的 DV 編碼而言，公用網絡的數(shù)據(jù)傳輸率是難以忍受的。我們以 DV 25M 碼流的編碼方式為例，在 Windows 操作系統(tǒng)下，一分鐘的 DV 文件約為 220MB 左右，在互聯(lián)網絡上以 200KBps 的速度傳輸，其需要 4100 秒左右，即 68 分鐘左右。即視頻數(shù)據(jù)時長和傳輸所需時長之比是 1 ： 68 。這種效率的傳輸方式雖然在理論上是可行的，但在實際應用中，由于不同網絡狀況，速度各有差別，而且在傳輸中任何的一次中斷都有可能使整個視頻文件的不可使用，從而導致必須從頭重新傳輸。所以這種工作方式在實際工作中是不具有可操作性的。

　　那么如何使用公用互聯(lián)通訊網絡，高效，便捷的將節(jié)目視頻數(shù)據(jù)傳回編輯地點或者直接用于播出呢?可以利用基于軟件轉碼的視頻數(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)通過軟件轉碼系統(tǒng)轉換為指定格式，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)網絡以 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。

　　如在實際工作中遇到這樣一個問題：工作任務要求將異地拍攝的突發(fā)新聞素材及時傳至遠方的電視臺。兩地之間無專用視頻信號傳輸線路或專用線路租金過于昂貴，公用互聯(lián)網絡接入?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。為了達到快速、高效、廉價的將節(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)本機上的軟件轉碼系統(tǒng)將源視頻數(shù)據(jù)( DV )轉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，如對注重內容性的突發(fā)新聞和一些不需要進行再次復雜編輯的視頻數(shù)據(jù)，用戶可以選擇適當?shù)臓奚曨l數(shù)據(jù)圖像質量來換取更高的壓縮比的文件用于在公共互聯(lián)網絡上傳輸，比如將每分鐘 220MB 左右的 DV 文件轉碼為每分鐘 60MB 的高壓縮比的 MPEG-4 文件。在網絡狀況不變的情況下，其傳輸時間可以減少為直接傳輸 DV 文件所需花費時間的四分之一，代價是犧牲圖像質量，但其圖像質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，通過轉碼系統(tǒng)將該文件轉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：用戶可以控制所需傳輸文件的大小，根據(jù)自身需要及網絡狀況進行靈活調整;用戶可以對視頻數(shù)據(jù)圖像質量進行控制，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)包進行傳輸，可以充分的利用公用互聯(lián)通訊網絡的資源，同時具有斷點續(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行，如在編碼的過程中可以將已經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，并將已經合并的數(shù)據(jù)進行編碼工作，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，而不能改變圖像質量。因此用戶可以根據(jù)自己的需求，通過調整傳輸碼流的大小控制圖像質量和傳輸時間的平衡關系。

　　轉碼系統(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，以適合使用低速網絡進行傳輸，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像質量進行控制。在下面的一個工程例子中，我們通過對如何利用轉碼系統(tǒng)進行高效的視頻素材數(shù)據(jù)的收錄工作的分析，從而探討轉碼系統(tǒng)應用的另外一種側重，即對視頻數(shù)據(jù)編碼的封裝方式和冗余信息的轉碼，而較少的觸及視頻數(shù)據(jù)內容本身的編碼方式和碼流大小，提高不同數(shù)字視頻設備產生的視頻數(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)質量的影響。

　　二、轉碼系統(tǒng)在集中收錄系統(tǒng)中的應用

　　我們在基于 Ma trox DigiSuite DTV 板卡的節(jié)目制作網絡中，設計一個集中上載系統(tǒng)，目的是改變傳統(tǒng)使用編輯板卡本身進行上載工作的方式，利用視頻服務器的多通道，高穩(wěn)定性和編碼的靈活性進行視頻數(shù)據(jù)的集中上載。通過轉碼系統(tǒng)將服務器產生的視頻文件格式轉換為編輯系統(tǒng)可以使用的視頻數(shù)據(jù)格式，同時將衛(wèi)星收錄、已經存在的視音頻文件及其它途徑獲取的視頻源通過轉碼系統(tǒng)引入編輯網絡中。從而提高視頻數(shù)據(jù)上載的效率及靈活性，減少編輯站點有于上載工作所花費的非編輯占機時間，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、攝像機、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器的輸入通道進行節(jié)目素材上載，以視頻服務器所提供的視頻文件格式存儲在服務器本機存儲單元內。視頻服務器利用千兆異步接口通過網關與千兆以太交換機連接，利用標準的 FTP 協(xié)議將服務器內的視頻文件，通過轉碼系統(tǒng)傳輸至節(jié)目制作網絡的硬盤存儲陣列中，提供給編輯環(huán)境進行編輯制作工作。

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

　　轉碼系統(tǒng)是由轉碼服務器、轉碼調度服務器、用戶控制界面和相應的以太網絡及 Fiber Channel 網絡聯(lián)接交換設備組成。其中具體負責轉碼工作的轉碼服務器是一臺或幾臺帶有千兆以太及 FC 接口的高性能計算機設備。視頻數(shù)據(jù)通過千兆以太接口進入轉碼服務器，經過轉碼處理后通過 FC 端口輸出至節(jié)目制作網絡的硬盤存儲陣列或者其它存儲機構。用戶通過用戶控制界面對轉碼調度服務器進行配置調整，指定轉碼的編碼方式及碼流。轉碼調度服務器通過以太連接控制轉碼服務器進行轉碼工作。轉碼服務器可以在視頻數(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)文件由視頻服務器所支持的文件格式轉換為編輯環(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備均可通過網關和千兆以太網絡連接，在數(shù)據(jù)遷移中進行視頻數(shù)據(jù)的轉碼工作

　　在這種工作方式下，轉碼系統(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行改變。比如對服務器中的 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)的內容數(shù)據(jù)進行重復的編解碼工作，從而避免了由于傳輸環(huán)節(jié)造成的圖像質量損失。

　　由于純粹的轉碼運算工作在這項任務中已經不是轉碼速度的瓶頸，轉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

　　上面兩個工程實例代表了轉碼系統(tǒng)在兩個側重方向上的應用，轉碼系統(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?，并通過文件拆分的方式，將大塊整體的數(shù)據(jù)轉變?yōu)樾K分散的數(shù)據(jù)，從而降低了由通道的不穩(wěn)定帶來的傳輸風險。而在集中收錄系統(tǒng)應用轉碼系統(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用分析，可以看到轉碼系統(tǒng)在視頻領域內的應用前景是非常廣闊的。以前必須使用昂貴的專業(yè)硬件設備才能進行的視頻數(shù)據(jù)編解碼、碼流轉換等工作，現(xiàn)在通過日益強大的計算機技術，可以利用轉碼軟件來完成。同時轉碼技術在視頻數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和通用性增強方面也可以提供很好的解決方案。

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