基于云計(jì)算的音頻管理體系研究

河南省廣電局無線電臺(tái)管理中心 李嬌

河南有線電視網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司 王鐸

基于云計(jì)算的音頻管理體系研究

河南省廣電局無線電臺(tái)管理中心 李嬌

河南有線電視網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司 王鐸

一、云計(jì)算概念及應(yīng)用

1.云計(jì)算概念。隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式已經(jīng)難以滿足快速增長(zhǎng)的科研與辦公需求，因此，新型并行處理技術(shù)——云計(jì)算便應(yīng)運(yùn)而生了。自2006年年底，Google公司推出“101計(jì)劃”并正式提出“云”概念以來，亞馬遜、IBM、英特爾、微軟、Sun等信息業(yè)巨頭也極度關(guān)注，紛紛提出了“云計(jì)劃”并參與到云計(jì)算的研究和開發(fā)中。例如，亞馬遜、IBM和谷歌強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合推出的“藍(lán)云”計(jì)劃。亞馬遜為開發(fā)商以及獨(dú)立開發(fā)人員提供的“彈性云”計(jì)算。趨勢(shì)科技和瑞星安全廠商提出的“安全云”計(jì)劃。谷歌、清華大學(xué)、華盛頓大學(xué)合作啟動(dòng)的云計(jì)算學(xué)術(shù)合作計(jì)劃等。

聲音一直以來都是人們交流信息最方便并不可或缺的媒介之一。隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，音頻文件已成為網(wǎng)絡(luò)資源的不可或缺的重要組成部分。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬以及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間的局限，音頻壓縮技術(shù)的研究便隨之興起。如何在高壓縮率下保持良好的音質(zhì)效果已成為了一個(gè)重要研究方向。云計(jì)算在音頻管理中的應(yīng)用將有效提升音頻壓縮的效率。本文，筆者結(jié)合云計(jì)算理論與技術(shù)，針對(duì)音頻文件壓縮管理提出了新的研究方法。

2.云計(jì)算工作原理。云計(jì)算以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，融合了分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)將大容量存儲(chǔ)以及大規(guī)模計(jì)算處理程序分布到網(wǎng)絡(luò)中的大量分布式處理終端上，即將網(wǎng)絡(luò)中的各終端設(shè)備、信息、處理器等資源匯聚到一起來協(xié)同工作。

二、音頻壓縮技術(shù)

1.音頻壓縮技術(shù)的種類。音頻壓縮技術(shù)根據(jù)壓縮后音頻文件是否能夠完全復(fù)原原始數(shù)據(jù)，可分為有損壓縮與無損壓縮技術(shù)；按照音頻壓縮編碼方式，又可分為頻域編碼（如子帶編碼、變換編碼等）、時(shí)域編碼（如增量編碼、預(yù)測(cè)編碼等）、統(tǒng)計(jì)編碼（如哈夫曼編碼、熵編碼等）以及不同組合的復(fù)合制編碼，各編碼的時(shí)間復(fù)雜度、空間復(fù)雜度、編碼延時(shí)、壓縮質(zhì)量和壓縮效率等也不盡相同。

2.常用的音頻壓縮編碼。音頻壓縮技術(shù)應(yīng)用廣泛，多用于廣播、移動(dòng)、電信、電子消費(fèi)產(chǎn)品等領(lǐng)域，因廠商壓縮方法的不同而采用不同的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。目前常見的音頻有損壓縮編碼主要有WMA，MP3，OGG，WAV，F(xiàn)LAC，APE，LPAC，AppleLossless，WMALossless，OptimFROG，Shorten。有損壓縮編碼通過降低音頻采樣率、比特率等轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)文件的高效壓縮，從而節(jié)省存儲(chǔ)空間、提升下載和解壓的能力，但通常以犧牲音質(zhì)為代價(jià)并且數(shù)據(jù)還原性差。至今為止，有損壓縮中較主流的格式有MP3，還原性能較好的格式為AAC，AAC較MP3相比，增加了降噪優(yōu)化、碼流效果間掃描、多媒體控制等特性，支持更多采樣率和比特率，兼容性和解碼率高，可在保證較高壓縮比的前提下保持高質(zhì)量的音效。以FLAC、APE為主流的有損壓縮格式，其特點(diǎn)在于在保證不損失源文件碼率的基礎(chǔ)下，降低音頻文件的大小，并可逆向還原音頻文件，缺點(diǎn)在于壓縮比相對(duì)較低。

三、基于云計(jì)算的音頻管理體系

1.基于云計(jì)算的音頻管理模式。

（1）基于云計(jì)算音頻管理模式的基本思想。目前，音頻文件的管理都是采用本地存儲(chǔ)或局域網(wǎng)存儲(chǔ)，本地存儲(chǔ)成本低、但靈活性差，局域網(wǎng)存儲(chǔ)成本高但仍然無法直接解決遠(yuǎn)程訪問的問題。音頻文件管理的特點(diǎn)在于涵蓋了互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)的同時(shí)集成了云安全手段。音頻文件可以上載常規(guī)的音頻格式，在云端進(jìn)行處理為常用的格式。對(duì)于廣播級(jí)別的音頻處理要求很高，除去音頻之外還有媒體資產(chǎn)管理的需求。

（2）基于云計(jì)算音頻管理模式的特點(diǎn)。在云計(jì)算基礎(chǔ)上的音頻文件管理有以下幾個(gè)特點(diǎn)：便利、安全、云解碼、云預(yù)覽、云審核、云存儲(chǔ)與B/S結(jié)構(gòu)的結(jié)合、高效存儲(chǔ)和智能整理。按照一般工作的需求，內(nèi)容類型可以歸納為：生產(chǎn)型。生產(chǎn)型內(nèi)容一般都采用WAVE等編輯交換格式，格式通用性強(qiáng)，并且質(zhì)量無損失，素材型。高壓縮、無失真、磁盤來源是壓縮的，存儲(chǔ)采用快速壓縮方式方便轉(zhuǎn)換和調(diào)用，可以隨時(shí)轉(zhuǎn)換為比較通用的格式，適用于內(nèi)外網(wǎng)交互和傳輸，如APE、FLAC等無損壓縮格式，采用低壓縮比的快速編碼，所以編解碼速度都較快于“素材型”內(nèi)容的歸檔型，空間占用較少。一般采用無損算法的高級(jí)壓縮算法，編解碼的時(shí)間和CPU占用率都很高；史料型，史料型內(nèi)容是歸檔型的音效可有損壓縮版本，僅作長(zhǎng)期存儲(chǔ)的史料準(zhǔn)備，對(duì)空間占用要求更低。采用AAC、MP3格式的比較多，但由于波特率和壓縮碼率的限制，音頻內(nèi)容是有損的，并且采用高碼率壓縮。

（3）基于云計(jì)算的音頻管理模式及分析。正常情況下在工作站上完成這么多類型材料的制作和管理會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和人力。新的管理思路就是建立1個(gè)平臺(tái)，它擁有用戶管理、權(quán)限管理、存儲(chǔ)管理等功能。首先在服務(wù)端的B/S結(jié)構(gòu)的平臺(tái)創(chuàng)建用戶和捆綁角色，劃定用戶的工作項(xiàng)目和存儲(chǔ)設(shè)置，而角色是根據(jù)工作項(xiàng)目創(chuàng)建的，存在采編、監(jiān)審、發(fā)布和歸檔等角色。在工作站中安裝1個(gè)客戶端組件，采用C/S結(jié)構(gòu)使用戶登陸后并設(shè)定工作目錄與服務(wù)器端的私有空間做映射。同時(shí)，客戶端組件與Windows的文件管理系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，對(duì)用戶操作的音頻文件進(jìn)行監(jiān)聽。用戶只需要在工作目錄中使用音頻軟件對(duì)文件進(jìn)行正常的拷貝、粘貼、修改即可。對(duì)于新增、修改的文件將直接在目錄的文件上顯示變更圖標(biāo)的提示，保證用戶可以及時(shí)看到文件的變更狀態(tài)。音頻文件編輯完全可以在Windows目錄下由編輯人員選擇完成的文件或文件夾，按下鼠標(biāo)右鍵即可激活媒體資源的遠(yuǎn)程同步菜單進(jìn)行同步。同步后的文件將提醒擁有項(xiàng)目審核角色的人員進(jìn)行在線預(yù)覽或提取在本地瀏覽，通過審核后，擁有角色權(quán)限的人則可以進(jìn)行歸檔、發(fā)布或其他的操作流程。

2.服務(wù)端的管理策略。

（1）首先由于各種格式的轉(zhuǎn)化調(diào)用編解碼器的時(shí)候存在直接編碼、二次解碼編碼和流輸出的幀服務(wù)等幾種模式，所有轉(zhuǎn)碼任務(wù)都會(huì)采用步驟項(xiàng)目加上日志的模式。如果出現(xiàn)編碼故障，通過日志可以觸發(fā)終止回滾方式或采用備用任務(wù)方案。

（2）作為項(xiàng)目任務(wù)的編碼步驟。存在1個(gè)任務(wù)隊(duì)列的功能，則在根據(jù)用戶的角色和項(xiàng)目的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行1個(gè)排隊(duì)并優(yōu)化編碼進(jìn)度。

（3）多進(jìn)程和多線程的管理。涉及編解碼器本身的管理，需要對(duì)于資源、內(nèi)存、處理器占用和編解碼配置進(jìn)行完整的封裝。將高CPU、高I/O、高網(wǎng)絡(luò)占用的進(jìn)程分類，服務(wù)器進(jìn)程管理中采用多線程封裝，充分利用硬件資源來提高效率。

（4）可支持多硬件的集群管理。利用網(wǎng)格計(jì)算和分布式算法，將編解碼進(jìn)程和任務(wù)分布均衡到多級(jí)硬件物理設(shè)備上。

（5）可托管腳本技術(shù)的調(diào)用?？梢圆捎肑avaScript、VB?Script、LUA等腳本語(yǔ)言作為高級(jí)的流程控制語(yǔ)言完成一些復(fù)雜的邏輯功能。

（6）增加異常處理的機(jī)制。校驗(yàn)中利用CHECKSUM、CRC32等算法對(duì)文件進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于各種事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（7）日志的查詢和分析。根據(jù)用戶、角色的權(quán)限約束，根據(jù)項(xiàng)目、時(shí)間、隊(duì)列事件進(jìn)行詳細(xì)的查詢，并且對(duì)于當(dāng)前的任務(wù)事件進(jìn)行監(jiān)控。

3.管理體系的優(yōu)點(diǎn)。

（1）管理體系對(duì)于安全性也是透明的，因?yàn)橘Y料定稿的保存都在服務(wù)端，只有擁有角色權(quán)限的用戶才可以接觸到某個(gè)項(xiàng)目的資源。

（2）在同步的過程中，客戶端同步到服務(wù)端會(huì)自動(dòng)根據(jù)工作站的負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)選擇采用無損壓縮或未壓縮格式進(jìn)行同步。當(dāng)項(xiàng)目的資料長(zhǎng)久未使用將根據(jù)智能策略由服務(wù)端根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)碼資源的占用率的對(duì)文件進(jìn)行無損壓縮處理或有損壓縮，以節(jié)約服務(wù)器的資源。

（3）智能策略在項(xiàng)目設(shè)定中可以自行設(shè)定。如對(duì)于誰(shuí)可以做什么，同步過程中采用的編解碼格式、存儲(chǔ)策略和自動(dòng)優(yōu)化策略。

四、結(jié)論

本文，筆者通過對(duì)“云計(jì)算”的概念、原理、特性等方面的研究以及現(xiàn)有音頻管理技術(shù)方法的探討，云計(jì)算在音頻壓縮中的應(yīng)用，將有效地提升音頻管理的效率。在分析了目前較流行的音頻算法的優(yōu)、缺點(diǎn)后，本文，筆者將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于結(jié)合音頻管理中并充分發(fā)揮各音頻壓縮方法的優(yōu)勢(shì)，利用各網(wǎng)絡(luò)資源，提出了基于云計(jì)算的音頻文件管理模式。筆者下一步將對(duì)基于云計(jì)算的音頻文件管理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)做進(jìn)一步研究。

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