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轉碼技術(shù)在視頻領(lǐng)域內的應用分析
2004年中南地區省級電視臺技術(shù)年會(huì )論文一等獎摘要：
本文簡(jiǎn)單介紹了視頻轉碼技術(shù)的定義、分類(lèi)及實(shí)現手段，重點(diǎn)分析了如何在視頻工程中使用轉碼技術(shù)，包括轉碼技術(shù)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(shù)。通過(guò)對移動(dòng)非線(xiàn)性編輯系統遠程傳輸視頻數據和節目制作網(wǎng)絡(luò )素材集中上載兩個(gè)工程實(shí)例的分析，探討了轉碼系統工作的靈活性和通用性。闡明了作者對在專(zhuān)業(yè)視頻領(lǐng)域內，配合計算機設備及網(wǎng)絡(luò )架構，使用轉碼技術(shù)前景的看法。
關(guān)鍵字：
編碼、解碼、轉碼、視頻數據、視頻服務(wù)器、 MPEG-2 、 MPEG-4 、 DV 、光纖通道、千兆以太、流、文件、移動(dòng)非線(xiàn)性編輯系統、節目制作網(wǎng)絡(luò )、集中收錄系統。
引言
從一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題開(kāi)始我們的討論：對于一個(gè)視頻工程技術(shù)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(lèi)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(lèi)或子級，如討論 DVB ，經(jīng)常就要涉及 MPEG-2 MP@ML 和 MP@HL ；不同廠(chǎng)商的視頻產(chǎn)品，也根據各自情況采用不同的 幀內、幀間編碼關(guān)系及不同的碼流； GOP 長(cháng)度、 I 、 B 、 P 幀、 50 、 25 Mbps 等名詞現在已經(jīng)成為視頻產(chǎn)品技術(shù)參數的重要組成部分；每個(gè)廠(chǎng)商在視頻數據的封裝上也有各自的編碼方式，不同廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的視頻服務(wù)器，如 Grass Valley 的 Profile 系列服務(wù)器和 SONY 的 MAV 系列的服務(wù)器，雖然可以支持以相同 GOP 長(cháng)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(wú)法相互直接使用的，這種情況在數字視頻領(lǐng)域相當普遍，有時(shí)甚至在同一廠(chǎng)商所開(kāi)發(fā)的不同系列的視頻產(chǎn)品中，數據流或文件也是無(wú)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(zhì)量、高效效率的共享和交換視音頻數據。
現在交換視頻數據的普遍做法是將編碼完成的視頻數據解壓縮為基帶信號，根據情況進(jìn)行再編碼，并加以適當的封裝，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(jìn)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(guò)內置的 SDI 編解碼器將視頻數據編解碼為標準的 SDI 數據流，進(jìn)行傳輸。
如圖— 1 所示，無(wú)論設備 A 內部的采用何種壓縮編碼方式，在向設備 B 傳輸視頻數據時(shí)，首先通過(guò)其內置的數據解碼單元將視頻數據解碼送至 SDI 編碼器，封裝轉換成 SDI 數據流，再通過(guò) SDI 接口傳輸給設備 B 的 SDI 接口，設備 B 將其通過(guò) SDI 解碼器，送至其本身的數據編碼單元，對視頻數據重新編碼進(jìn)行處理或存儲。
這種數據交換的前提，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據流作為中介進(jìn)行視音頻數據的交換。
我們換一個(gè)角度來(lái)看，這種方式本身可以看成是一個(gè)編碼方式轉換，即轉碼的過(guò)程。它將設備 A 中編碼處理的視頻數據解碼，通過(guò) 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 所使用的數據編碼方式進(jìn)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 編碼方式的視頻數據轉換為設備 B 可以識別并使用的數據編碼格式，為設備 B 處理或存儲，可以減少重復編解碼所帶來(lái)的設備開(kāi)銷(xiāo)和信號質(zhì)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據，提高工作效率，同時(shí)討論在工程方面的可能會(huì )遇到的問(wèn)題及解決方案。
視頻轉碼技術(shù)
視頻轉碼技術(shù)，顧名思義就是在通過(guò)某種手段改變現有視頻數據的編碼方式。視頻轉碼技術(shù)使用的目的不同，其實(shí)現的手段也各不相同。大致上可以分為兩類(lèi)：
一、不同編碼格式之間的視頻數據轉碼
不同編碼格式之間的數據轉碼，指通過(guò)轉碼方法改變視頻數據的編碼格式。通常這種數據轉碼會(huì )改變視頻數據的現有碼流和分辨率。
例如我們可以將基于 MPEG-2 格式的視頻數據轉換為 DV 、 MPEG-4 或其它編碼格式，同時(shí)根據其轉碼目的，指定轉碼產(chǎn)生視頻數據的碼流和分辨率。我們可以將 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 的視頻源數據轉換為 25Mbps 碼流的 DV 格式數據，用于筆記本移動(dòng)編輯系統，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè) 300*200 低分辨率的 MPEG-4 文件，使用 REAL 或者微軟的 WMV 格式進(jìn)行封裝，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )傳輸至主管領(lǐng)導處用于審看。
這種轉碼方式設計的算法較為復雜，其實(shí)質(zhì)上是一個(gè)重新編碼的過(guò)程，涉及的算法復雜度和系統開(kāi)銷(xiāo)，是由轉碼所需圖像質(zhì)量要求及轉碼前后兩種編碼方式的相關(guān)度所決定的。
二、相同編碼格式之間的視頻數據轉碼
相同編碼格式的數據轉碼，指不改變壓縮格式，只通過(guò)轉碼手段改變其碼流或頭文件信息。根據其使用目的，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 碼流的視頻數據轉碼為 MPEG-2 IBBP 幀 8
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