数字电视转码技术范文

一、视频转码技术的含义及分类

视频转码技术，顾名思义就是在通过某种手段改变现有视频数据的编码方式。视频转码技术使用的目的不同，其实现的手段也各不相同。大致上可以分为两类：（1）不同编码格式之间的视频数据转码不同编码格式之间的数据转码，指通过转码方法改变视频数据的编码格式。通常这种数据转码会改变视频数据的现有码流和分辨率。例如我们可以将基于MPEG-2格式的视频数据转换为DV、MPEG-4或其它编码格式，同时根据其转码目的，指定转码产生视频数据的码流和分辨率。我们可以将MPEG-2全I帧50Mbps的视频源数据转换为25Mbps码流的DV格式数据，用于笔记本移动编辑系统，同时产生一个300*200低分辨率的MPEG-4文件，使用REAL或者微软的WMV格式进行封装，通过互联网络传输至主管领导处用于审看。这种转码方式设计的算法较为复杂，其实质上是一个重新编码的过程，涉及的算法复杂度和系统开销，是由转码所需图像质量要求及转码前后两种编码方式的相关度所决定的。（2）相同编码格式之间的视频数据转码相同编码格式的数据转码，指不改变压缩格式，只通过转码手段改变其码流或头文件信息。根据其使用目的，可分为改变码流和不改变码流两种。如我们可以将MPEG-2全I帧50Mbps码流的视频数据转码为MPEG-2IBBP帧8Mbps码流的视频数据，直接用于播出服务器用于播出。或者我们将基于SONY视频服务器头文件封装的MPEG-2全I帧50Mbps码流的视频文件，改变其头文件和封装形式，使之可以在给予MATROX板卡的编辑系统上直接编辑使用。

二、数字电视转码技术的研究

由于多方面原因，目前卫星上、媒资制作大部分仍旧采用传统的MPEG-2IBP编码方式。传输方面，这种编码方式效率较低一套高清节目通常需要18~22Mbps码率，而一个cable的频点也不过可以提供38Mbps的传输能力。即便以18Mbps为一套高清节目计算，一个频点也只能传送2套高清节目；媒资制作方面，虽然有效降低了存储及网络带宽占用，但在经过多次编辑转码后画面质量下降十分明显，同时对编辑制作硬件处理能力上教MPEG2I帧高码编辑要求反而更高。如果采用H.264IBP编码方式压缩视频信号则可以将一套高清节目的码率压缩到10-12Mbps左右。一个频点可以传送至少3套高清节目大大提高了频点的利用率，采用H.264I编码方式，采用与原MPEG2IBP相近的码率，可以保证媒资制作存储、带宽、编辑转码硬件资源消耗不变的情况下将多次编辑的画面损失降到最低。在这种背景下催生了对转码技术的需求。当前市场上主流的转码方式有两种。一种是以传统的广播级编解码器搭配组合的全解全编式实时转码，继承了广电级信号传输中所独有的高品质，低延时等优势。另一种是伴随着近年来流行的网络视频服务应运而生的IP视频转码方式。这种方式具有组织灵活，封装多样化等特性。下面我们将就以上提到的两种转码方式分别进行讨论：

（一）全解全编

视频编解码技术是为了解决在目前信道带宽有限的条件下，实现高速率，低损耗的传输视频信号而发明的一种技术。优秀的视频编码技术会通过复杂的算法找到原始图像中非敏感的元素进行剔除。利用图像内部和图像间的关联性将原始大数据量的图像通过少量的基础信息表示，降低了信息量。解码端以基础信息为参考通过前向和后向的预测还原出原始图像实现解码。编码效率越高，算法越复杂与之相对的运算量越大。广播级编码器采用专用的编码芯片处理核心运算，保证编码运算可以独享充足的系统资源，使得编码质量和实时性从根本上得到保障。所谓的视频转码实际上就是对视频信号进行二次编码处理的过程。选择高效率，有保障，易实现的编码方式是保证转码质量的基本条件。那么是不是二次编码的质量好就一定能获得良好的编码质量呢？显然不是。二次编码面临的条件比一次编码更为复杂，它的前端很可能不再是一个原始的未经处理的图像信号，而是通过某种编码方式处理后压缩信号，如果前后两次选用了不同的编码方式就可能造成更大的误差，导致后次编码的质量严重下降。即便选用相同的编码方式，由于没有完全还原前次图像的信息，导致再次编码时参考信息选择不准确也会影响编码的质量。解决这个问题的最佳方案是选择一组性能卓越的编解码器配合使用，通过对前端信号进行全解全编的方式来完成转码业务。首先，性能卓越的解码器可以针对前端采用的不同编码方式选择与之相同的方式对视频流进行还原。由于针对性的选择了解码方式所以解码后可以得到损失最低，最接近原始状态的视频信号。二次编码的编码器感觉就像是在处理原始信号，很容易找到合适的参考帧并获得最佳的编码效果。上面提到是一种广泛应用于广播级视频传输机构中的解决方案。通常被称作“全解全编”方式。这种方式的优点在于：由于使用了专业的视频编解码设备，通过专用的芯片完成对一次编码图像的还原和二次编码使得图像在转码的过程中损失被降到最小限度。如果使用性能卓越的编解码产品还可以获得更低的延时效果。目前日本NTT推出的编解码器组合可以保证一解一编的最低延时在120ms以内。这种低损耗，低延时的转码组合是大多数专业广电级视频传输机构的首选方案。

（二）网络转码

另一种目前比较流行的转码方式是新兴网络转码方案。网络视频流存在以下特点：以IP数据为基础的传输模式，要求多分辨率，多格式封装，低码率，对延时要求不敏感等。这种需求最适合依托以PC或服务器为架构的硬件平台，采用软件编码方式实现的解决方案。目前已经有一套完整可靠的开源编码软件被类似厂商广为应用，通过对软件的二次开发使得各厂商的软编码产品都可以支持诸如MMS，RTSP等多种格式封装，并可以适应网络浏览器中内嵌的播放器的屏幕尺寸，灵活的调整播放窗口大小和视频码率。这种网络转码方案的硬件基础是pc或服务器架构，所以其本质上还是一台电脑。为了管理各个设备并在设备间进行通信需要安装操作系统。这样一来CPU就不在只单独负责处理视频编码业务，编码质量和处理速度要远远低于专业的广播级设备的水平。在处理比较复杂业务时延时通常会在3秒钟以上。再者，由于CPU并不是专业的视频处理芯片在转码后输出的图像质量上也与专业设备间存在一些差距。以AMD的Avivo为例，虽然其转码速度已经很快快，但是其输出视频并不完美，其中会出现编码错误，如可能在人物手臂和小腿处出现的灰色方块等。这些都是网络转码器很难从根本上解决的问题。因此，网络转码器更适合的应用场景是IPTV或者IPVOD这类的小屏幕，低带宽，多种屏幕，弱实时性的环境中。此类架构一般都提供了大量的SDK开发工具为了满足不同用户的操作习惯和感官需求很容易扩展和开发出新的应用，以适应互联网环境这种瞬息万变的生态环境。

三、总结

结合前面谈到的两种不同的主流转码方式的特点和各自的原理。不难看出对于不同的应用环境选择合适的转码方式是达到最佳效果的捷径。由于传统广电传输有自身良好的网络资源作为依托，以及实时性，高画面质量等传统优势所以更适合采用全解全编的专业转码方案，这样既提高了编码效率，有完美的继承了传统广电的优势。对于新兴的网络是视频业务，网络转码以其突出的灵活性和多封装，多分辨率的特点得到了良好的应用和发展。