轉碼技術及其在視頻(pín)領域内的(de)應用(yòng)分(fēn)析

視頻(pín)轉碼技術 
視頻(pín)轉碼技術，顧名思義就是在通(tōng)過某種手段改變現有視頻(pín)數據的(de)編碼方式。視頻(pín)轉碼技術使用(yòng)的(de)目的(de)不同，其實現的(de)手段也(yě)各不相同。大(dà)緻上可(kě)以分(fēn)爲兩類： 
一、不同編碼格式之間的(de)視頻(pín)數據轉碼 
不同編碼格式之間的(de)數據轉碼，指通(tōng)過轉碼方法改變視頻(pín)數據的(de)編碼格式。通(tōng)常這(zhè)種數據轉碼會改變視頻(pín)數據的(de)現有碼流和(hé)分(fēn)辨率。 
例如我們可(kě)以将基于 MPEG-2 格式的(de)視頻(pín)數據轉換爲 DV 、 MPEG-4 或其它編碼格式，同時(shí)根據其轉碼目的(de)，指定轉碼産生視頻(pín)數據的(de)碼流和(hé)分(fēn)辨率。我們可(kě)以将 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 的(de)視頻(pín)源數據轉換爲 25Mbps 碼流的(de) DV 格式數據，用(yòng)于筆記本移動編輯系統，同時(shí)産生一個(gè) 300*200 低分(fēn)辨率的(de) MPEG-4 文件，使用(yòng) REAL 或者微軟的(de) WMV 格式進行封裝，通(tōng)過互聯網絡傳輸至主管領導處用(yòng)于審看。 
這(zhè)種轉碼方式設計的(de)算(suàn)法較爲複雜(zá)，其實質上是一個(gè)重新編碼的(de)過程，涉及的(de)算(suàn)法複雜(zá)度和(hé)系統開銷，是由轉碼所需圖像質量要求及轉碼前後兩種編碼方式的(de)相關度所決定的(de)。 
二、相同編碼格式之間的(de)視頻(pín)數據轉碼 
相同編碼格式的(de)數據轉碼，指不改變壓縮格式，隻通(tōng)過轉碼手段改變其碼流或頭文件信息。根據其使用(yòng)目的(de)，可(kě)分(fēn)爲改變碼流和(hé)不改變碼流兩種。 
如我們可(kě)以将 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 碼流的(de)視頻(pín)數據轉碼爲 MPEG-2 IBBP 幀 8Mbps 碼流的(de)視頻(pín)數據，直接用(yòng)于播出服務器用(yòng)于播出。或者我們将基于 SONY 視頻(pín)服務器頭文件封裝的(de) MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 碼流的(de)視頻(pín)文件，改變其頭文件和(hé)封裝形式，使之可(kě)以在給予 MATROX 闆卡的(de)編輯系統上直接編輯使用(yòng)。 
這(zhè)種轉碼方式的(de)複雜(zá)度要小于不同編碼格式轉碼的(de)複雜(zá)度，而且對(duì)視頻(pín)工程上而言，更加具有可(kě)操作性。
3 視頻(pín)數據轉碼的(de)實現 
視頻(pín)數據不同編碼之間的(de)相互轉化(huà)有很多(duō)算(suàn)法可(kě)以實現，許多(duō)運動圖像專家對(duì)此也(yě)作了(le)深入的(de)研究，針對(duì)不同的(de)編碼方式提出了(le)相當多(duō)可(kě)行的(de)方案。這(zhè)些方案共同的(de)特點就是充分(fēn)利用(yòng)所需相互轉換編碼之間的(de)共同特征，盡量減少編解碼所帶來(lái)的(de)圖像質量損失，同時(shí)達到時(shí)間和(hé)資源消耗的(de)平衡。 
如我們将一個(gè) MPEG-2 的(de)視頻(pín)數據轉換成 MPEG-4 的(de)視頻(pín)數據，當然可(kě)以采用(yòng)的(de)方法是先将 MPEG-2 的(de)視頻(pín)解壓縮成單 幀的(de)圖像序列，再将其重新壓縮編碼成爲 MPEG-4 的(de)視頻(pín)數據。但這(zhè)種轉碼方式的(de)運算(suàn)複雜(zá)度的(de)使用(yòng) SDI 數據流作爲中介的(de)運算(suàn)複雜(zá)度并沒有什(shén)麽區(qū)别。我們可(kě)以通(tōng)過一些方法提高(gāo)轉碼的(de)效率，降低運算(suàn)複雜(zá)度，比如 MPEG-2 和(hé) MPEG-4 在其編碼算(suàn)法上有很多(duō)相通(tōng)的(de)地方，在 DCT 變換， MC 運動補償， MV 運動補償等方面有許多(duō)可(kě)以公用(yòng)的(de)地方，我們并不需要将其完全解碼成獨立的(de)圖像序列，可(kě)利用(yòng)不同編碼方式間的(de)相關性進行轉碼工作 
MPEG-2 視頻(pín)數據中所有的(de)頭信息被解碼後都直接送到 MPEG -4 編碼器中進行編碼，其中少數頭信息需要調整，以适應新的(de)編碼格式。而 DCT 系數和(hé) MV 信息被重用(yòng)，省去了(le)運動估計和(hé) DCT 的(de)系統消耗。同時(shí) MPEG -4 做(zuò)運動補償的(de)時(shí)候，也(yě)可(kě)以直接利用(yòng) MPEG -2 解碼器解碼得(de)出的(de)運動矢量的(de)信息。 
我們可(kě)以看出，使用(yòng)不同的(de)轉碼算(suàn)法在不同需求的(de)編碼轉換時(shí)，可(kě)以得(de)到不同的(de)時(shí)間及系統消耗複雜(zá)度。這(zhè)些不同複雜(zá)度算(suàn)法的(de)是否采用(yòng)取決于用(yòng)戶對(duì)工作任務的(de)要求。比如工作任務需要實時(shí)獲得(de)轉碼結果，要求高(gāo)可(kě)靠性，并且對(duì)轉碼前後的(de)數據的(de)編碼方式及碼流指定不變。那麽我們可(kě)以采用(yòng)高(gāo)效的(de)轉碼算(suàn)法，必要時(shí)犧牲一些圖像質量，将算(suàn)法固化(huà)在硬件芯片闆卡上，從而滿足任務需求。如果工作任務對(duì)轉碼同步性要求并不高(gāo)，不要求實時(shí)輸出，但對(duì)圖像質量有很高(gāo)的(de)要求，我們可(kě)以采用(yòng)一些效率較低，但圖像質量損失較小的(de)轉碼算(suàn)法。可(kě)以将算(suàn)法固定在硬件芯片中，也(yě)可(kě)以使用(yòng)通(tōng)用(yòng)的(de)計算(suàn)機運算(suàn)系統、存儲系統和(hé)數據交換系統，使用(yòng)軟件算(suàn)法進行轉碼工作，這(zhè)些方式的(de)具體應用(yòng)方式在本文的(de)後半部分(fēn)會詳細介紹。 
4 轉碼系統在實際工程中的(de)應用(yòng) 
在電視技術工程中，已經有不少的(de)應用(yòng)轉碼系統的(de)實際例子。我們下(xià)面就通(tōng)過兩個(gè)工程實例來(lái)進一步的(de)分(fēn)析基于計算(suàn)機設備的(de)轉碼系統的(de)工作原理(lǐ)和(hé)應用(yòng)前景。 
一、轉碼系統在移動非線性編輯系統遠(yuǎn)程傳輸中的(de)應用(yòng) 
随著(zhe)筆記本電腦(nǎo)性能的(de)日益增強，商家已經敏銳的(de)看到使用(yòng)基于筆記本電腦(nǎo)的(de)移動非線性編輯系統在遠(yuǎn)程編輯傳輸上的(de)應用(yòng)前景。基于軟件的(de)編輯手段使編輯系統的(de)價格大(dà)大(dà)的(de)降低，設備的(de)便攜性使現場(chǎng)編輯成爲可(kě)能。但這(zhè)些并不是移動非編優勢的(de)全部，還(hái)有非常重要的(de)一個(gè)吸引用(yòng)戶的(de)特點：使用(yòng)移動非線性編輯系統，配合相應的(de)網絡接入設備，就可(kě)以利用(yòng)現有的(de)公用(yòng)通(tōng)訊網絡進行視頻(pín)數據的(de)傳輸。使利用(yòng)廉價的(de)公共互聯網絡、電信網絡或者移動通(tōng)訊網絡，替代專用(yòng)昂貴的(de)、點對(duì)點的(de)通(tōng)訊線路進行視頻(pín)數據傳輸成爲可(kě)能。 
移動編輯系統可(kě)以使用(yòng)遍布城(chéng)鎮的(de)廉價的(de)寬帶、 ADSL 線路、 GPRS 無線通(tōng)訊所構成的(de)公用(yòng)互聯通(tōng)訊網絡取代微波、光(guāng)纖通(tōng)道、衛星等專用(yòng)昂貴的(de)數據鏈接通(tōng)路進行視頻(pín)數據的(de)傳輸。 
但使用(yòng)公用(yòng)網絡傳輸視頻(pín)素材，不可(kě)避免的(de)要遇到公共網絡帶寬的(de)瓶頸問題，比如給予以太局域網的(de)寬帶互聯網絡接入，其最高(gāo)傳輸速率一般不會超過 4Mbps ，而根據路由的(de)不同及幹線帶寬的(de)限制，實際傳輸的(de)速率會更低。對(duì)于 50M 碼流的(de) MPEG2 全 I 幀編碼或 25M 碼流的(de) DV 編碼而言，公用(yòng)網絡的(de)數據傳輸率是難以忍受的(de)。我們以 DV 25M 碼流的(de)編碼方式爲例，在 Windows 操作系統下(xià)，一分(fēn)鐘(zhōng)的(de) DV 文件約爲 220MB 左右，在互聯網絡上以 200KBps 的(de)速度傳輸，其需要 4100 秒左右，即 68 分(fēn)鐘(zhōng)左右。即視頻(pín)數據時(shí)長(cháng)和(hé)傳輸所需時(shí)長(cháng)之比是 1 ： 68 。這(zhè)種效率的(de)傳輸方式雖然在理(lǐ)論上是可(kě)行的(de)，但在實際應用(yòng)中，由于不同網絡狀況，速度各有差别，而且在傳輸中任何的(de)一次中斷都有可(kě)能使整個(gè)視頻(pín)文件的(de)不可(kě)使用(yòng)，從而導緻必須從頭重新傳輸。所以這(zhè)種工作方式在實際工作中是不具有可(kě)操作性的(de)。