视频转码技术及转码实现详解

我们可以根据具体需要，将节目视频数据通过软件转码系统转换为指定格式，指定码流编码方式，以文件分割的方式分成若干个大小合适的数据包，通过公共互联网络以 FTP 的方式将这些数据包发送给异地的接收端，并提供数据校验手段。接收端在收到各个数据包后，将这些数据包和并编码为接收端指定的数据编码方式，在这个过程中如遇到数据包丢失，则接收端要求传输方重新发送该数据包，而不需重新将视频数据从头传输。

如在实际工作中遇到这样一个问题：工作任务要求将异地拍摄的突发新闻素材及时传至远方的电视台。两地之间无专用视频信号传输线路或专用线路租金过于昂贵，公用互联网络接入却很方便。拍摄的原素材为 DV 的压缩编码格式，电视台的编辑和播出系统使用的是 MPEG-2 的压缩编码格式。为了达到快速、高效、廉价的将节目素材传回电视台，可以采用以下的工作方式。

首先使用移动非线性编辑系统本机上的软件转码系统将源视频数据( DV )转码为用户指定编码方式和码流的视频数据文件。编码方式和码流的指定根据用户的具体需要，如对注重内容性的突发新闻和一些不需要进行再次复杂编辑的视频数据，用户可以选择适当的牺牲视频数据图像质量来换取更高的压缩比的文件用于在公共互联网络上传输，比如将每分钟 220MB 左右的 DV 文件转码为每分钟 60MB 的高压缩比的 MPEG-4 文件。在网络状况不变的情况下，其传输时间可以减少为直接传输 DV 文件所需花费时间的四分之一，代价是牺牲图像质量，但其图像质量的损失肉眼几乎不能区别。随后将 MPEG-4 文件拆分为若干个数据包。通过 FTP 方式将这些数据包发送到远端的电视台接收端。接收端将这些文件合并后得到的 MPEG-4 文件，根据用户指定的码流和编码方式，通过转码系统将该文件转码为指定封装格式的 MPEG-2 文件，直接用于编辑或播出。

采用这种传输方式有以下特点：用户可以控制所需传输文件的大小，根据自身需要及网络状况进行灵活调整;用户可以对视频数据图像质量进行控制，可以在传输数据的同时改变图像的分辨率及编码方式;将视频数据文件拆分成若干的数据包进行传输，可以充分的利用公用互联通讯网络的资源，同时具有断点续传的功能;用户在拆分和合并数据包时可以加入自定义的加密解密方式，可以使数据在互联网上的传输更加安全;拆分文件、编码传输、合并文件等工作可以同时进行，如在编码的过程中可以将已经编码完成的部分拆分成数据包，直接发送到接收端，接收端可以边接收边合并，并将已经合并的数据进行编码工作，可以大大的提高工作效率。

值得一提的是，图像质量损失的大小是在用户指定传输的编码方式和码流的大小时确定的。在传输至目的地时将收到的视频数据转码为高码流的编码方式时，只会在视频数据中加入冗余信息，而不能改变图像质量。因此用户可以根据自己的需求，通过调整传输码流的大小控制图像质量和传输时间的平衡关系。

转码系统在这个工程中主要用于改变视频数据的编码方式及码流大小，以适合使用低速网络进行传输，并且在传输过程中通过控制编码方式和码流的大小，对传输的图像质量进行控制。在下面的一个工程例子中，我们通过对如何利用转码系统进行高效的视频素材数据的收录工作的分析，从而探讨转码系统应用的另外一种侧重，即对视频数据编码的封装方式和冗余信息的转码，而较少的触及视频数据内容本身的编码方式和码流大小，提高不同数字视频设备产生的视频数据的通用性，并且减少传输中的编解码环节对视频数据质量的影响。

二、转码系统在集中收录系统中的应用

我们在基于 Ma trox DigiSuite DTV 板卡的节目制作网络中，设计一个集中上载系统，目的是改变传统使用编辑板卡本身进行上载工作的方式，利用视频服务器的多通道，高稳定性和编码的灵活性进行视频数据的集中上载。通过转码系统将服务器产生的视频文件格式转换为编辑系统可以使用的视频数据格式，同时将卫星收录、已经存在的视音频文件及其它途径获取的视频源通过转码系统引入编辑网络中。从而提高视频数据上载的效率及灵活性，减少编辑站点有于上载工作所花费的非编辑占机时间，并且将不同压缩编码格式的视频数据方便的引入编辑系统中来。

该方案的工作原理是利用带存储单元的多通道视频服务器，作为集中上载的第一个环节，视频输入通道分别与录像机、摄像机、切换台等传统前期节目相连。录制控制工作站通过 422 控制矩阵控制视频服务器的输入通道进行节目素材上载，以视频服务器所提供的视频文件格式存储在服务器本机存储单元内。视频服务器利用千兆异步接口通过网关与千兆以太交换机连接，利用标准的 FTP 协议将服务器内的视频文件，通过转码系统传输至节目制作网络的硬盘存储阵列中，提供给编辑环境进行编辑制作工作。

这种工作方式建立后，具有极强的灵活性。传统使用 SDI 、模拟复合分量接口的设备可以使用视频服务器连接上载，而对提供千兆以太接口的设备，如硬盘录像机、 SONY 的带标准以太接口的录像机设备及基于文件系统的蓝光盘摄录设备、 P2 卡设备等，都可以通过标准的千兆以太接口和集中上载系统中的千兆交换机连接，通过 422 控制或以太网络和控制环节连接。可以方便的利用 FTP 方式进行高速文件上载的工作，并且在加入这些设备时，对集中上载的系统配置和控制操作无需进行大的调整或更改。转码系统在集中收录系统中处于核心地位。

转码系统是由转码服务器、转码调度服务器、用户控制界面和相应的以太网络及 Fiber Channel 网络联接交换设备组成。其中具体负责转码工作的转码服务器是一台或几台带有千兆以太及 FC 接口的高性能计算机设备。视频数据通过千兆以太接口进入转码服务器，经过转码处理后通过 FC 端口输出至节目制作网络的硬盘存储阵列或者其它存储机构。用户通过用户控制界面对转码调度服务器进行配置调整，指定转码的编码方式及码流。转码调度服务器通过以太连接控制转码服务器进行转码工作。转码服务器可以在视频数据从千兆以太接口输入到从 Fiber Channel 接口输出的数据迁移过程中，改变视频数据的编码方式或文件封装的格式，将视频数据文件由视频服务器所支持的文件格式转换为编辑环境所识别和可使用的视频文件格式。同样的，对于可以提供千兆异步接口的视频设备均可通过网关和千兆以太网络连接，在数据迁移中进行视频数据的转码工作

在这种工作方式下，转码系统可以尽可能的减少对视频数据本身的编码方式和码流大小进行改变。比如对服务器中的 MPEG-2 文件，可以改变其封装方式和头文件直接用于编辑工作站使用。同样，所有编辑站点可以处理使用的编码方式，如 DTV 板卡支持处理 MPEG-2 、 DV25 和 DV50 的编码方式，基于这些编码方式的视频数据，均可以高效、方便的引入编辑系统中，而不需要对视频数据的内容数据进行重复的编解码工作，从而避免了由于传输环节造成的图像质量损失。

由于纯粹的转码运算工作在这项任务中已经不是转码速度的瓶颈，转码时间的大小取决于数据接口的速度，如理论上可提供千兆左右传输速度的千兆以太和 FC 接口，在只改变文件包装方式的情况下，实际上可以将 MPEG-2 全 I 帧 50M 码流的文件以 1/5~1/10 于文件时长的时间进行收录引入工作，从而大大减少了由于素材上载而带来的时间消耗

总结

上面两个工程实例代表了转码系统在两个侧重方向上的应用，转码系统在移动非线性编辑传输视频数据时，通过改变码流减少了码流的大小，从而提高了传输的速度，并通过文件拆分的方式，将大块整体的数据转变为小块分散的数据，从而降低了由通道的不稳定带来的传输风险。而在集中收录系统应用转码系统时，利用高速稳定的传输通道，使用改变文件或流封装的方式来提高视频数据的通用性。并且可以利用高速的 FTP 的传输方式以超实时的速度将视频素材引入编辑环境中。

通过对这两个具体工程中的应用分析，可以看到转码系统在视频领域内的应用前景是非常广阔的。以前必须使用昂贵的专业硬件设备才能进行的视频数据编解码、码流转换等工作，现在通过日益强大的计算机技术，可以利用转码软件来完成。同时转码技术在视频数据的传输、存储和通用性增强方面也可以提供很好的解决方案。

专业视频领域中的转码技术是从通用技术脱身发展而来，反过来可以大大的降级专业视频设备投入的成本，增强其通用性和灵活性。这种借用它山之石，将通用产品技术专业化的成功范例在业内已经有相当多的成功例子，如千兆以太接口和光盘技术在硬盘录像机和蓝光盘设备上的应用，如半导体存储设备在 P2 卡上的应用等等。我们相信，这种基于软件的转码系统的工作模式将会是专业视频领域内的下一个成果范例，并会带来视频领域内的另一场变革。