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轉碼技術在視頻領域內的應用分析
2004年中南地區(qū)省級電視臺技術年會論文一等獎摘要：
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(wǎng)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(wǎng)絡架構，使用轉碼技術前景的看法。
關鍵字：
編碼、解碼、轉碼、視頻數(shù)據(jù)、視頻服務器、 MPEG-2 、 MPEG-4 、 DV 、光纖通道、千兆以太、流、文件、移動非線性編輯系統(tǒng)、節(jié)目制作網(wǎng)絡、集中收錄系統(tǒng)。
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.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不同的子類或子級，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、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(jīng)成為視頻產(chǎn)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(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(chǎn)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(chǎn)品之間進行傳輸共享。如在不同的視頻產(chǎn)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。
如圖— 1 所示，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。如圖— 2 所示：
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。如圖— 3 。
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。
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(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(chǎn)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(wǎng)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 8
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