視頻轉(zhuǎn)碼軟件的需求和框架分析

張璟

[摘 要] 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異，為多媒體技術(shù)提供了多樣化平臺(tái)，與此同時(shí)也對(duì)視頻的存儲(chǔ)壓縮給出了更高的要求。因此，在各自的應(yīng)用領(lǐng)域上出現(xiàn)了種類繁多的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)解決了視頻在傳輸和存儲(chǔ)過程中帶寬和容量的限制。

[關(guān) 鍵 詞] 視頻轉(zhuǎn)碼；降低視頻分辨；運(yùn)動(dòng)矢量的重估計(jì)；視頻分辨率的恢復(fù)

[中圖分類號(hào)] TN941.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）05-0163-01

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，人們希望在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中都能實(shí)現(xiàn)視頻流正確地、完整地和實(shí)時(shí)地被傳輸。這就要求在實(shí)際媒體應(yīng)用中，同一視頻內(nèi)容能有多個(gè)壓縮版本，可以在不同帶寬資源下、以不同的空間分辨率進(jìn)行傳輸。所以傳統(tǒng)視頻編碼技術(shù)已經(jīng)不適合用于網(wǎng)絡(luò)傳輸，解決這些問題需要依賴于視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)。

一、視頻轉(zhuǎn)碼軟件需求分析

視頻轉(zhuǎn)碼就是把壓縮視頻流從一種語法結(jié)構(gòu)變換成新的語法結(jié)構(gòu)，或者將視頻格式轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式，以獲得不同的分辨率和比特率。它的本質(zhì)是一個(gè)先解碼，再編碼的過程。視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)最初的想法是實(shí)現(xiàn)視頻編碼技術(shù)的可縮放性。其基本原理是將視頻信息劃分為滿足最小需求的基本層和多個(gè)增強(qiáng)層，其中基本層是必選的，增強(qiáng)層的個(gè)數(shù)由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和比特率要求決定。然而，可縮放編碼技術(shù)的復(fù)雜性導(dǎo)致了大量額外的計(jì)算量和時(shí)延，而經(jīng)過復(fù)雜緩慢的計(jì)算后視頻編解碼效果并不理想。使用視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)可以解決分級(jí)編碼不能解決的問題。

二、視頻轉(zhuǎn)碼軟件研究現(xiàn)狀

目前對(duì)視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)的研究，主要集中在分辨率轉(zhuǎn)碼、幀率轉(zhuǎn)碼、碼率轉(zhuǎn)碼和語法轉(zhuǎn)碼四個(gè)方向，下面依次對(duì)這幾種轉(zhuǎn)碼方法做介紹。

（一）分辨率轉(zhuǎn)碼

分辨率轉(zhuǎn)碼也稱為空間分辨率轉(zhuǎn)碼，即根據(jù)實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)視頻編碼分辨率的降低或提高。

（二）幀率轉(zhuǎn)碼

幀率轉(zhuǎn)碼也成為時(shí)間分辨率轉(zhuǎn)碼。

（三）碼率轉(zhuǎn)碼

碼率轉(zhuǎn)碼的主要目的是為了在網(wǎng)絡(luò)傳輸和電視廣播等應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)降低輸入視頻碼流碼率以滿足網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬或滿足與其他特定的編碼類、編碼級(jí)互相兼容的目的。

（四）語法轉(zhuǎn)碼

目前應(yīng)用較為廣泛的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.263和H.264等。語法轉(zhuǎn)碼是將壓縮視頻流從一種壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成另一種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的碼流，對(duì)壓縮視頻流的語法和碼流結(jié)構(gòu)等方面都采取徹底的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)視頻系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。

三、視頻轉(zhuǎn)碼軟件框架原理

本文涉及視頻轉(zhuǎn)碼軟件具體的傳輸框架。其中最重要的三個(gè)步驟為：（1）降低視頻分辨率；（2）運(yùn)動(dòng)矢量的重估計(jì)；（3）視頻分辨率的恢復(fù)。

四、視頻轉(zhuǎn)碼軟件的關(guān)鍵技術(shù)

（一）降低分辨率技術(shù)

對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行降低視頻分辨率的處理是為了克服傳輸信道帶寬的限制和用戶終端顯示及處理能力的限制，為用戶提供低速率、低分辨率、低帶寬的碼流。例如，在視頻會(huì)議時(shí)，需要將各個(gè)分會(huì)場(chǎng)的視頻畫面同時(shí)傳輸?shù)街鲿?huì)場(chǎng)，使與會(huì)者能同時(shí)看到所有分會(huì)場(chǎng)的畫面，這就需要降低每個(gè)分會(huì)場(chǎng)的視頻分辨率，避免因?yàn)榇罅繑?shù)據(jù)同時(shí)涌入而造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，影響主會(huì)場(chǎng)的視頻效果；另外，當(dāng)經(jīng)過壓縮編碼的視頻數(shù)據(jù)由高速傳輸信道進(jìn)入低速傳輸信道的時(shí)候，如果不經(jīng)過降低視頻分辨率的操作，會(huì)造成傳輸碼流和信道的失配和網(wǎng)絡(luò)的擁塞。所以降低視頻分辨率對(duì)視頻通信的傳輸和應(yīng)用有著重要的意義。降低視頻分辨率的算法是關(guān)鍵技術(shù)之一，算法實(shí)現(xiàn)的效果將直接影響到轉(zhuǎn)碼后的視頻質(zhì)量。

（二）運(yùn)動(dòng)矢量重估技術(shù)

在對(duì)原始視頻進(jìn)行下采樣之后，宏塊的數(shù)量會(huì)按照比例縮減，運(yùn)動(dòng)矢量也會(huì)重新合并減少，所以要對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行重估計(jì)。它是為了彌補(bǔ)因下采樣誤差或模式映射不準(zhǔn)確而造成的漂移誤差。運(yùn)動(dòng)矢量的重估計(jì)算法直接關(guān)系到轉(zhuǎn)碼后視頻圖像的視覺效果。運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)是視頻編碼技術(shù)中最耗費(fèi)時(shí)間的一個(gè)環(huán)節(jié)，占用總編碼時(shí)間的70%以上。如果完全重新計(jì)算所有的運(yùn)動(dòng)矢量，會(huì)大大增加轉(zhuǎn)碼器的負(fù)擔(dān)，也不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。所以要盡量利用輸入碼流中的原有運(yùn)動(dòng)信息，簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)矢量的重估計(jì)過程，提高運(yùn)算速度。

綜上所述，本文介紹了視頻轉(zhuǎn)碼的概念，具體分析了目前比較常見的分辨率轉(zhuǎn)碼、碼率轉(zhuǎn)碼等幾種視頻轉(zhuǎn)碼方法，包括它們的原理及研究方向。在總結(jié)這些轉(zhuǎn)碼方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于空間域的Internet視頻轉(zhuǎn)碼框架，為后續(xù)的研究工作提供了理論依據(jù)和研究架構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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