數字電視轉碼技術范文
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一、視頻轉碼技術的含義及分類
視頻轉碼技術，顧名思義就是在通過某種手段改變現有視頻數據的編碼方式。視頻轉碼技術使用的目的不同，其實現的手段也各不相同。大致上可以分為兩類：（1）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，指通過轉碼方法改變視頻數據的編碼格式。通常這種數據轉碼會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，同時根據其轉碼目的，指定轉碼產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，用于筆記本移動編輯系統，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。（2）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-2IBBP幀8Mbps碼流的視頻數據，直接用于播出服務器用于播出。或者我們將基于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板卡的編輯系統上直接編輯使用。
由于多方面原因，目前衛星上、媒資制作大部分仍舊采用傳統的MPEG-2IBP編碼方式。傳輸方面，這種編碼方式效率較低一套高清節目通常需要18~22Mbps碼率，而一個cable的頻點也不過可以提供38Mbps的傳輸能力。即便以18Mbps為一套高清節目計算，一個頻點也只能傳送2套高清節目；媒資制作方面，雖然有效降低了存儲及網絡帶寬占用，但在經過多次編輯轉碼后畫面質量下降十分明顯，同時對編輯制作硬件處理能力上教MPEG2I幀高碼編輯要求反而更高。如果采用H.264IBP編碼方式壓縮視頻信號則可以將一套高清節目的碼率壓縮到10-12Mbps左右。一個頻點可以傳送至少3套高清節目大大提高了頻點的利用率，采用H.264I編碼方式，采用與原MPEG2IBP相近的碼率，可以保證媒資制作存儲、帶寬、編輯轉碼硬件資源消耗不變的情況下將多次編輯的畫面損失降到最低。在這種背景下催生了對轉碼技術的需求。當前市場上主流的轉碼方式有兩種。一種是以傳統的廣播級編解碼器搭配組合的全解全編式實時轉碼，繼承了廣電級信號傳輸中所獨有的高品質，低延時等優勢。另一種是伴隨著近年來流行的網絡視頻服務應運而生的IP視頻轉碼方式。這種方式具有組織靈活，封裝多樣化等特性。下面我們將就以上提到的兩種轉碼方式分別進行討論：
（一）全解全編
視頻編解碼技術是為了解決在目前信道帶寬有限的條件下，實現高速率，低損耗的傳輸視頻信號而發明的一種技術。優秀的視頻編碼技術會通過復雜的算法找到原始圖像中非敏感的元素進行剔除。利用圖像內部和圖像間的關聯性將原始大數據量的圖像通過少量的基礎信息表示，降低了信息量。解碼端以基礎信息為參考通過前向和后向的預測還原出原始圖像實現解碼。編碼效率越高，算法越復雜與之相對的運算量越大。廣播級編碼器采用專用的編碼芯片處理核心運算，保證編碼運算可以獨享充足的系統資源，使得編碼質量和實時性從根本上得到保障。所謂的視頻轉碼實際上就是對視頻信號進行二次編碼處理的過程。選擇高效率，有保障，易實現的編碼方式是保證轉碼質量的基本條件。那么是不是二次編碼的質量好就一定能獲得良好的編碼質量呢？顯然不是。二次編碼面臨的條件比一次編碼更為復雜，它的前端很可能不再是一個原始的未經處理的圖像信號，而是通過某種編碼方式處理后壓縮信號，如果前后兩次選用了不同的編碼方式就可能造成更大的誤差，導致后次編碼的質量嚴重下降。即便選用相同的編碼方式，由于沒有完全還原前次圖像的信息，導致再次編碼時參考信息選擇不準確也會影響編碼的質量。解決這個問題的最佳方案是選擇一組性能卓越的編解碼器配合使用，通過對前端信號進行全解全編的方式來完成轉碼業務。首先，性能卓越的解碼器可以針對前端采用的不同編碼方式選擇與之相同的方式對視頻流進行還原。由于針對性的選擇了解碼方式所以解碼后可以得到損失最低，最接近原始狀態的視頻信號。二次編碼的編碼器感覺就像是在處理原始信號，很容易找到合適的參考幀并獲得最佳的編碼效果。上面提到是一種廣泛應用于廣播級視頻傳輸機構中的解決方案。通常被稱作“全解全編”方式。這種方式的優點在于：由于使用了專業的視頻編解碼設備，通過專用的芯片完成對一次編碼圖像的還原和二次編碼使得圖像在轉碼的過程中損失被降到最小限度。如果使用性能卓越的編解碼產品還可以獲得更低的延時效果。目前日本NTT推出的編解碼器組合可以保證一解一編的最低延時在120ms以內。這種低損耗，低延時的轉碼組合是大多數專業廣電級視頻傳輸機構的首選方案。
（二）網絡轉碼
另一種目前比較流行的轉碼方式是新興網絡轉碼方案。網絡視頻流存在以下特點：以IP數據為基礎的傳輸模式，要求多分辨率，多格式封裝，低碼率，對延時要求不敏感等。這種需求最適合依托以PC或服務器為架構的硬件平臺，采用軟件編碼方式實現的解決方案。目前已經有一套完整可靠的開源編碼軟件被類似廠商廣為應用，通過對軟件的二次開發使得各廠商的軟編碼產品都可以支持諸如MMS，RTSP等多種格式封裝，并可以適應網絡瀏覽器中內嵌的播放器的屏幕尺寸，靈活的調整播放窗口大小和視頻碼率。這種網絡轉碼方案的硬件基礎是pc或服務器架構，所以其本質上還是一臺電腦。為了管理各個設備并在設備間進行通信需要安裝操作系統。這樣一來CPU就不在只單獨負責處理視頻編碼業務，編碼質量和處理速度要遠遠低于專業的廣播級設備的水平。在處理比較復雜業務時延時通常會在3秒鐘以上。再者，由于CPU并不是專業的視頻處理芯片在轉碼后輸出的圖像質量上也與專業設備間存在一些差距。以AMD的Avivo為例，雖然其轉碼速度已經很快快，但是其輸出視頻并不完美，其中會出現編碼錯誤，如可能在人物手臂和小腿處出現的灰色方塊等。這些都是網絡轉碼器很難從根本上解決的問題。因此，網絡轉碼器更適合的應用場景是IPTV或者IPVOD這類的小屏幕，低帶寬，多種屏幕，弱實時性的環境中。此類架構一般都提供了大量的SDK開發工具為了滿足不同用戶的操作習慣和感官需求很容易擴展和開發出新的應用，以適應互聯網環境這種瞬息萬變的生態環境。
三、總結
結合前面談到的兩種不同的主流轉碼方式的特點和各自的原理。不難看出對于不同的應用環境選擇合適的轉碼方式是達到最佳效果的捷徑。由于傳統廣電傳輸有自身良好的網絡資源作為依托，以及實時性，高畫面質量等傳統優勢所以更適合采用全解全編的專業轉碼方案，這樣既提高了編碼效率，有完美的繼承了傳統廣電的優勢。對于新興的網絡是視頻業務，網絡轉碼以其突出的靈活性和多封裝，多分辨率的特點得到了良好的應用和發展。
