氣象影視常用視頻打包格式淺析

藍設華

【摘 要】文章通過分析各種類型的視頻格式的特點，實現視頻打包圖像質量、文件大小與播出流暢性等的平衡，使氣象影視節目達到各類平臺、載體的播出要求，這對廣西氣象影視業務具有重要的指導意義。

【關鍵詞】氣象影視;視頻格式;視頻打包;視頻編碼

0 引言

隨著全媒體時代的來臨，廣西氣象影視業務也在全方位地發展，節目數量越來越多;制作的氣象影視節目除了在傳統的電視上播出外，還在微信、微博、抖音、斗魚等多個不同載體播出;對節目制作質量的要求越來越高，制作節目的視頻格式越來越繁雜;廣西多個地級市的氣象影視業務由當初的“集中制作，末端分發”逐步轉向自主研發制播，這不但要求從設備的選型、檔次考慮設備的投入，還要在設備能力有限的情況下，充分發掘設備優勢，提高節目技術指標[1]。

在現有的氣象影視日常高、標清影視制作使用的視頻打包輸出格式中，視頻格式可以分為適用于本地電腦播放的本地視頻和適合在網絡播放的網絡流媒體視頻兩大類。盡管后者在播放的穩定性和播放圖像質量上可能沒有前者優秀，但網絡流媒體視頻影像因其具有體積小、播放流暢性及廣泛傳播性等優點而被廣泛應用于網絡直播、視頻點播、遠程教育、網絡演示、網絡視頻廣告等互聯網信息服務領域[2]。

為了使視頻媒體滿足多方要求，達到滿意的視聽、播放效果，多媒體數據壓縮及編碼研究已經進行了幾十年，至今已產生AVI、MPEG等針對不同用途的各式各樣的視頻打包和壓縮算法。最常用的視頻文件格式有Microsoft的Video for Windows文件（*.avi）和Apple的QuickTime文件（*.mov和*.qt）兩種，前者只適合用于PC機，后者適用于PC機和Macintosh計算機。此外，還有MPEG文件（*.mpg）、VCD上的DAT文件（*.dat）及網絡上常用的Real Video文件（*.rm）等。現就這些視頻格式進行分析與比較。

1 理論分析

1.1 AVI

AVI是音、視頻交錯（Audio Video Interleaved）的英文縮寫，是由微軟公司研發的視頻格式，在視頻應用領域上是最悠久的格式之一。AVI格式圖像質量好，調取方便，壓縮標準可以有多方面的選擇，是目前應用最為廣泛的格式，也是大洋非線性編輯系統默認的視頻素材格式。

1.2 MPEG

MPEG是Motion Picture Experts Group的縮寫[3]，它的格式類型主要包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。MPEG-1在一些網絡媒體視頻和VCD制作上被廣泛地應用，使用MPEG-1的壓縮算法，它的壓縮率很高，可以把一部120 min的電影壓縮到1.2 GB左右，這對處理存儲空間問題提供了很好的解決方案。MPEG-2則更多地應用在DVD制作和一些要求較高的視頻編輯、處理上，使用MPEG-2壓縮算法打包輸出的視頻，文件雖然比MPEG-1算法壓縮的大出很多，但是MPEG-2的圖像質量遠遠高于MPEG-1。

1.3 MOV

MOV是蘋果公司開發的一種音、視頻文件格式，它原來只是蘋果公司用于Mac計算機上的一種圖像視頻處理軟件。Quick-Time提供了兩種標準圖像和數字視頻格式，即可以支持靜態的*.PIC和*.JPG圖像格式，動態的基于Indeo壓縮法的*.MOV和基于MPEG壓縮法的*.MPG視頻格式。QuickTime可以運用于多種平臺，對存儲空間要求不高。

1.4 WMV

WMV是英文Windows Media Video的縮寫，是一種獨立于編碼方式的可用在互聯網上實時傳播多媒體的技術標準，是微軟公司開發的一系列視頻編解碼和其相關的視頻編碼格式的統稱，微軟希望用其取代Quick Time之類的技術標準及WAV、AVI之類的擴展名。WMV的主要優點如下：可擴充的媒體類型、本地或網絡播放、可伸縮的媒體類型、多語言支持、擴展性等。

1.5 MKV

MKV視頻文件可以在一個文件中集成多條不同類型的音頻軌和字幕軌，而且其視頻編碼的選擇性也很大，可以是常見的XviD、DivX、3IVX，也可以是QuickTime、WMV、RealVideo這些類型的流媒體視頻。實際上，它是一種全稱為Matroska的新型多媒體封裝格式，這種視頻格封裝格式具備開放性的優點，在未來將會有一個良好的應用前景。

1.6 MXF

MXF是Material Exchange Format（文件交換格式）的英文縮寫，它是SMPTE（美國電影與電視工程師學會）組織定義的一種專業的音、視頻媒體文件格式。MXF主要應用于影視行業媒體編輯、制作、存儲和發行等環節，它可在專業廣播電視環境下轉換媒體文件格式，本質上是一種外殼格式。MXF被設計為可以同時處理打包多條軌道的視、音頻及數據庫文件，它既支持流媒體圖像信號傳輸，又支持以文件的類型直接拷貝、傳輸。

1.7 H.264

H.264是國際標準化組織（ISO）和國際電信聯盟（ITU）共同提出的繼MPEG-4之后的新一代數字視頻壓縮格式。H.264是在MPEG-4技術的基礎之上擴展建立起來的，其編解碼率程主要包括5個部分：幀間和幀內預測（Estimation）、量化（Quantization）和反量化、變換（Transform）和反變換、熵編碼（Entropy Coding）、環路濾波（Loop Filter）。在同等的帶寬條件下，H.264編碼比其他現有的視頻編碼壓縮標準提供的圖像質量更加優秀，這在多媒體的制作、傳播及應用上提供了很好的技術基礎。

1.8 RMVB

RMVB是在流媒體RM影片格式上升級改進而來的。RMVB壓縮算法的最大特點就是在保證平均壓縮比的基礎上，設定了一般為平均采樣率兩倍的最大采樣率值，將較高的比特率用于復雜的動態畫面，較低的采樣率則用于靜態畫面，這樣的好處是可以合理地利用比特率資源，使得RMVB在犧牲少部分難以察覺的影片質量的情況下最大限度地壓縮影片，最終得到圖像畫質接近于DVD而體積和VCD差不多大小的視頻。

2 使用比較

大洋非線性系統打包輸出的視頻格式有20種左右可以選擇，現就以日常氣象影視節目常用的視頻打包格式使用情況做比對（以大洋非編故事版上1 min時長節目打包輸出為例，幀率默認固定為25幀/s，音頻輸出格式采樣率為4 800，聲道為立體聲）。

2.1 AVI視頻格式

它采用的編碼類型是MPEG2_I，最大碼率可達300 M，選擇300 M碼率，輸出畫幅使用信箱方式（即保持高清的原始分辨率為1 920*1 080），節目打包輸出后大概得到2.1 G的視頻文件。

2.2 DVD視頻格式

編碼類型選取MPEG2_IPB，碼率最大可達25 M，碼率設置為8 M，輸出畫幅使用切邊方式（即保持標清的原始分辨率為720*576），節目打包輸出后大概得到60 M的視頻文件。

2.3 MPEG視頻格式

MPEG視頻格式的輸出畫幅分為信箱方式（1 920*1 080）和切邊方式（720*576）。

編碼類型選取H.264，碼率最大可達25 Mbps，碼率設置為2 Mbps，輸出畫幅使用信箱方式，節目打包輸出后大概得到15 M的視頻文件。編碼類型選取H. 264，碼率最大可達25 Mbps，碼率設置為8 Mbps，輸出畫幅使用切邊方式，節目打包輸出后大概得到60 M左右大小的視頻文件。編碼類型選取MPEG-4，碼率最高可達50 Mbps，碼率設置為25 Mbps，輸出畫幅使用切邊方式，節目打包輸出后大概得到200 M的視頻文件。編碼類型選取H.264，碼率最大可達25 Mbps，碼率設置為15 Mbps，輸出畫幅使用信箱方式，節目打包輸出后大概得到120 M的視頻文件。

2.4 WMV視頻格式

編碼類型選Windows_Media，子類型選WM7，碼率最大可達25 Mbps，碼率選取4 Mbps，輸出畫幅使用信箱方式，節目打包輸出后大概得到30 M的視頻文件。

2.5 MXF視頻格式

編碼類型選取選擇MPEG2_I，碼率最大可達300 Mbps，碼率設置為25 Mbps，輸出畫幅使用信箱方式，節目打包輸出后大概得到190 M的視頻文件。

2.6 MOV視頻格式

編碼類型選QuickTime_MOV，子類型選DVCProHC，碼率選取100 Mbps，輸出畫幅使用信箱方式，節目打包輸出后大概得到210 M的視頻文件。

綜上所述：{1}同個節目使用不同的打包格式壓縮輸出的視頻文件差異很大，而使用相同的視頻格式選擇不同的碼率，打包輸出的圖像質量及文件大小也不一樣。碼率越大，圖像質量越高，視頻文件也越大。300 M碼率打包輸出的AVI視頻文件最大，圖像畫面和源視頻相差無幾。但是在一臺非工作站以外的普通電腦上使用騰訊視頻媒體播放器播出，視頻加載、緩沖時間長，而且播放過程會出現畫面卡頓、聲音延時、CPU與內存使用率高等問題（電腦配置：處理器為Intel至強e5，內存為8 M，顯卡為NVIDIA GeForce GTX 650）。{2}以MXF和MOV格式打包輸出的視頻文件也較大，壓縮后得到畫面質量還算是優秀，比較接近源視頻，在電腦上播出視頻加載、緩沖時間較短，可以得到流暢清晰的畫面。{3}以MPEG視頻格式輸出的視頻文件，碼率選取越大，畫質越優秀，壓縮后的視頻文件也越大。在電腦上播出25 Mbps碼率打包輸出的視頻畫質甚至比MOV和MXF格式的視頻畫質還要清晰，視頻加載、緩沖時間也更短，圖像更接近源視頻。{4}以WMV格式打包輸出的視頻文件最小，視頻加載、緩沖時間幾乎為零，視頻在電腦上播出最流暢，CPU占有率最低，圖像畫質也較清晰。{5}以DVD格式輸出的視頻文件大小一般，但由于其經過切邊裁剪為標清格式，所以在電腦上全屏（16∶9）播出畫質顯得不夠清晰，特別是在動態畫面上有明顯的噪點。

3 結語

通過上述對常用視頻打包格式的具體分析與使用可知，在使用大洋非線性系統編輯氣象影視節目時，編輯的音視頻素材大都采用AVI視頻格式，無論是在采集輸入還是在打包輸出上，編碼類型選擇MPEG2_I，碼率最大可選300 M，這樣打包輸出的視頻畫質和源視頻相比較幾乎毫無差異，達到無損壓縮的圖像效果。但是，用此方法打包輸出的視頻文件非常大，碼率非常高，普通的PC機很難流暢地播放此類格式的視頻，因此該格式的使用只建議在非編系統以素材的形式進行編輯使用。由于AVI封裝格式的開源特點，所以AVI格式的視頻可在大洋、康能普視、EDIUS、Premiere等視頻編輯軟件上交互使用，為使用者提供了很高的便利性。

在地市氣象影視業務節目制作中，由于地方電視臺播放的節目大都以標清格式播出，出于對氣象影視節目傳輸（視頻文件體積太大影響傳輸速度）和圖像質量（視頻壓縮碼率過低達不到播放要求）的平衡綜合考慮，所以建議采用MPEG2_IPB封裝格式，碼率選取8 Mbps左右，畫幅使用切邊方式打包輸出成DVD視頻傳輸給地方電視臺播出使用。如果在圖像畫面上想要達到更高的要求，則建議打包成為MP4視頻格式，編碼類型采用H.264，碼率最高可選25 Mbps，這樣既能保證節目視頻質量，又能最大限度地控制視頻的大小，不至于在傳輸上出現大的瓶頸。為了配合梧州電視臺播出要求，節目需要以MOV格式播出，建議編碼類型選QuickTime_MOV，子類型選DVCProHC，碼率選取100 Mbps。賀州電視臺播出的是MXF格式的視頻，建議編碼類型選擇MPEG2_I，子類型選MXF_STD，碼率選取25 Mbps。

在省級天氣網上播出的影視節目視頻，因為對圖像質量要求不是特別高，應使用WMV打包格式，編碼類型選Windows_Media，所以子類型選WM7，碼率選取8 Mbps。其視頻體積小，用戶下載速度快，播放流暢，非常適合在網絡播放。微信平臺對視頻文件大小有嚴格要求，在微信上播出的視頻，要求所上傳視頻大小不超過25 M，出于對節目質量及視頻文件大小等因素考慮，建議使用MPEG-4打包格式，碼率控制在2 Mbps左右，這樣既能滿足視頻的上載要求，又能保證節目圖像質量的清晰度。在為氣象影視節目作推流的一覽媒體中心平臺網站上，盡可能地提供給其較高畫面質量的視頻，可以適當地增大視頻文件的大小，打包為MP4視頻格式，編碼類型采用H.264，碼率選取25 Mbps，以信箱方式打包輸出。

AVI已經誕生二十幾年，它擁有最廣泛的軟硬件支持，也是被使用最多的視頻格式，但其原始架構過于陳舊，這使得它在對新生代的音視頻編碼支持上不是很好，而且AVI格式的視頻信息在處理時對計算機的運行速度要求較高且存儲量過大，在非微軟平臺使用也不夠方便，所以在一定程度上限制了它的使用。MKV的目標就是取代舊式的媒體封裝格式，其中最主要的目標就是AVI，MVK最大的特點就是能容納多種不同類型編碼的視頻、音頻及字幕流，甚至連非常封閉的RealMedia及QuickTime這類流媒體也都被它囊括進去，由于它的壓縮算法先進，所以對計算機運行速度要求并不高，可以說是對傳統媒體格式的一次大革命，幾乎變成一個萬能的媒體容器。但MVK還是一種發展中尚未成熟的技術，它沒有深遠的背景可以依托，現在甚至還沒出現一個能直接編輯它的軟件。

H.264標準使動態圖像壓縮技術提升到一個更高的階段，H.264的最大優勢是具有很高的數據壓縮比率，在同等圖像質量的條件下，H. 264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍[4]。通過H.264的高效率壓縮輸出的視頻文件體積明顯小于MPEG，這樣更有利于在網絡上傳輸。在較低的帶寬上提供更高質量的圖像傳輸是H.264的應用亮點，這也為互聯網的應用提供了廣闊的前景。H.264的推廣應用對視頻終端、網關、MCU等系統的要求較高，這將有力地推動視頻會議軟、硬件設備在各方面的不斷完善。同時，H.264視頻編碼新標準有利于MPEG-4的壓縮性能，可廣泛應用于互聯網、數字視頻錄像、數字攝像、DVD及電視廣播等領域的圖像壓縮。

參 考 文 獻

[1]張金標，彭衛紅，練江帆，等.數字化天氣節目演播室技術概述[J].廣東氣象，2008（4）：48-50.

[2]孔令瑜.多媒體技術及應用[M].北京：機械工業出版社，2001：62，89.

[3]畢厚杰.新一代視頻壓縮編碼標準—H.264/AVC[M].北京：人民郵電出版社，2005：59-60，66.

[4]樓劍，虞露.新一代的視頻編解碼標準—H.264[J].當代通信，2003（5）：27-32.