转码技术及其在视频领域内的应用分析

视频转码技术 
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： 
一、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。 
二、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-2 IBBP 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。 
这种转码方式的复杂度要小于不同编码格式转码的复杂度，而且对视频工程上而言，更加具有可操作性。
3 视频数据转码的实现 
视频数据不同编码之间的相互转化有很多算法可以实现，许多运动图像专家对此也作了深入的研究，针对不同的编码方式提出了相当多可行的方案。这些方案共同的特点就是充分利用所需相互转换编码之间的共同特征，尽量减少编解码所带来的图像质量损失，同时达到时间和资源消耗的平衡。 
如我们将一个 MPEG-2 的视频数据转换成 MPEG-4 的视频数据，当然可以采用的方法是先将 MPEG-2 的视频解压缩成单 帧的图像序列，再将其重新压缩编码成为 MPEG-4 的视频数据。但这种转码方式的运算复杂度的使用 SDI 数据流作为中介的运算复杂度并没有什么区别。我们可以通过一些方法提高转码的效率，降低运算复杂度，比如 MPEG-2 和 MPEG-4 在其编码算法上有很多相通的地方，在 DCT 变换， MC 运动补偿， MV 运动补偿等方面有许多可以公用的地方，我们并不需要将其完全解码成独立的图像序列，可利用不同编码方式间的相关性进行转码工作 
MPEG-2 视频数据中所有的头信息被解码后都直接送到 MPEG -4 编码器中进行编码，其中少数头信息需要调整，以适应新的编码格式。而 DCT 系数和 MV 信息被重用，省去了运动估计和 DCT 的系统消耗。同时 MPEG -4 做运动补偿的时候，也可以直接利用 MPEG -2 解码器解码得出的运动矢量的信息。 
我们可以看出，使用不同的转码算法在不同需求的编码转换时，可以得到不同的时间及系统消耗复杂度。这些不同复杂度算法的是否采用取决于用户对工作任务的要求。比如工作任务需要实时获得转码结果，要求高可靠性，并且对转码前后的数据的编码方式及码流指定不变。那么我们可以采用高效的转码算法，必要时牺牲一些图像质量，将算法固化在硬件芯片板卡上，从而满足任务需求。如果工作任务对转码同步性要求并不高，不要求实时输出，但对图像质量有很高的要求，我们可以采用一些效率较低，但图像质量损失较小的转码算法。可以将算法固定在硬件芯片中，也可以使用通用的计算机运算系统、存储系统和数据交换系统，使用软件算法进行转码工作，这些方式的具体应用方式在本文的后半部分会详细介绍。 
4 转码系统在实际工程中的应用 
在电视技术工程中，已经有不少的应用转码系统的实际例子。我们下面就通过两个工程实例来进一步的分析基于计算机设备的转码系统的工作原理和应用前景。 
一、转码系统在移动非线性编辑系统远程传输中的应用 
随着笔记本电脑性能的日益增强，商家已经敏锐的看到使用基于笔记本电脑的移动非线性编辑系统在远程编辑传输上的应用前景。基于软件的编辑手段使编辑系统的价格大大的降低，设备的便携性使现场编辑成为可能。但这些并不是移动非编优势的全部，还有非常重要的一个吸引用户的特点：使用移动非线性编辑系统，配合相应的网络接入设备，就可以利用现有的公用通讯网络进行视频数据的传输。使利用廉价的公共互联网络、电信网络或者移动通讯网络，替代专用昂贵的、点对点的通讯线路进行视频数据传输成为可能。 
移动编辑系统可以使用遍布城镇的廉价的宽带、 ADSL 线路、 GPRS 无线通讯所构成的公用互联通讯网络取代微波、光纤通道、卫星等专用昂贵的数据链接通路进行视频数据的传输。 
但使用公用网络传输视频素材，不可避免的要遇到公共网络带宽的瓶颈问题，比如给予以太局域网的宽带互联网络接入，其最高传输速率一般不会超过 4Mbps ，而根据路由的不同及干线带宽的限制，实际传输的速率会更低。对于 50M 码流的 MPEG2 全 I 帧编码或 25M 码流的 DV 编码而言，公用网络的数据传输率是难以忍受的。我们以 DV 25M 码流的编码方式为例，在 Windows 操作系统下，一分钟的 DV 文件约为 220MB 左右，在互联网络上以 200KBps 的速度传输，其需要 4100 秒左右，即 68 分钟左右。即视频数据时长和传输所需时长之比是 1 ： 68 。这种效率的传输方式虽然在理论上是可行的，但在实际应用中，由于不同网络状况，速度各有差别，而且在传输中任何的一次中断都有可能使整个视频文件的不可使用，从而导致必须从头重新传输。所以这种工作方式在实际工作中是不具有可操作性的。