媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中基于FFmpeg技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

摘 要：媒體資產(chǎn)管理（Media Asset Management，簡(jiǎn)稱MAM）是指利用信息技術(shù)手段，對(duì)數(shù)字媒體資產(chǎn)所做的存儲(chǔ)、管理、挖掘和再利用，實(shí)現(xiàn)媒體資產(chǎn)價(jià)值的優(yōu)化。媒資系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中為保證系統(tǒng)具有最大兼容性，就要對(duì)編碼轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，本文對(duì)FFmpeg技術(shù)相關(guān)理論及FFmpeg技術(shù)在媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用做一些探討。

關(guān)鍵詞：媒體資產(chǎn)管理；FFmpeg技術(shù)；編碼解碼

中圖分類號(hào)：TP315

媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)是指對(duì)各類視頻、音頻資料的存儲(chǔ)、編目、資產(chǎn)發(fā)布的綜合信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)建、編目、存儲(chǔ)等，提高媒體資源利用率。媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以分為數(shù)據(jù)上下載系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編目系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及存儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，為了保證實(shí)現(xiàn)兼容性，需要編碼系統(tǒng)能完成多種格式之間的轉(zhuǎn)換，因此FFmepeg技術(shù)不失為一個(gè)優(yōu)化的選擇。

1 FFmpeg技術(shù)概述

FFmpeg是一個(gè)基于Linux操作系統(tǒng)，集錄制、轉(zhuǎn)換以及流化音視頻為一體的解決方案，能夠在絕大多數(shù)的操作系統(tǒng)中使用，包含了非常先進(jìn)的音頻/視頻編解碼庫(kù)libavcodec，支持多種編碼和解碼。FFmpeg由視頻文件轉(zhuǎn)換命令行工具、多媒體服務(wù)器、媒體播放器、普通格式解析器以及音視頻編碼器等組成。

FFmpeg命令行的基本格式是FFmpeg.exe[options]-i input_file [options]output_file，F(xiàn)Fmpeg參數(shù)由輸入文件和文件兩部分組成，輸入文件名稱前加下短線“-”，另外輸入文件和輸出文件可以自帶可選參數(shù)，如參數(shù)-ss，格式為-ss hh；mm；ss；xxx，設(shè)置轉(zhuǎn)換的起點(diǎn)位置，如-ss 00：30.000；參數(shù)-t，格式為-t hh；mm；ss；xxx，轉(zhuǎn)換持續(xù)的時(shí)間，如-t 00：05.00.00；參數(shù)-vcodor，格式為-vcodor編碼器，設(shè)置視頻編碼器，如-vcodor wrnv2等。

2 FFmpeg 視頻轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)

FFmpeg視頻轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)包括FFmpeg編碼/解碼的實(shí)現(xiàn)和格式轉(zhuǎn)換的流程。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，素材的格式轉(zhuǎn)換功能主要是調(diào)用音頻/視頻編碼庫(kù)libavcodec中的相應(yīng)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要注意的是在采用FFmpeg編碼之前需要先初始化libavcodec庫(kù)，導(dǎo)入幀速率、編碼器碼率以及編碼像素格式等參數(shù)，接著再進(jìn)行編碼。結(jié)構(gòu)體AVCodecContext中的各個(gè)成員參數(shù)通過(guò)預(yù)設(shè)的視頻參數(shù)來(lái)賦值，系統(tǒng)每一幀的數(shù)據(jù)都變?yōu)橐曨l流。編碼過(guò)程為（部分）：av_register_all（）→av_find_stream_info（）→avcodec_alloc_frame（）→pCodec=avcodec_find_ encoder （CODEC_ID_H264）→av_read_frame（）→avformat_close_mput file（）.FFmpeg解碼過(guò)程為（部分）：av_register_all（）→av_find_decoder（）→avcodec_open→avcodec_ encode_ video→顯示視頻→avcoder_close（）。

FFmpeg采用了核心庫(kù)+主程序的編程模式，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部各種函數(shù)的具體格式，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻的編輯操作，修改部分文件格式處理的代碼，系統(tǒng)的視頻編輯界面采用非線性布局，能夠非常精確的記錄視頻剪輯的時(shí)間。具體流程為：是否需要視頻剪切（是）→是否需要格式轉(zhuǎn)換（是）→編輯后關(guān)閉文件→更新各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)→保存生成新文件的函數(shù)→調(diào)用XML Parser組件生成文檔。

3 FFmpeg在媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 設(shè)計(jì)思路

通過(guò)FFmpeg.exe命令執(zhí)行完成媒體轉(zhuǎn)碼，能夠在主程序與FFmpeg進(jìn)程中建立輸出管道，來(lái)管理轉(zhuǎn)換過(guò)程。主程序進(jìn)程啟動(dòng)主程序線程、管道監(jiān)視線程以及任務(wù)監(jiān)視線程三個(gè)線程，包括數(shù)據(jù)上傳下載系統(tǒng)、編碼系統(tǒng)、編目子系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及其他功能型設(shè)計(jì)等。主程序線程主要實(shí)現(xiàn)程序的初始化以及用戶接口等任務(wù)，任務(wù)監(jiān)視線程主要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)FFmpeg進(jìn)程以及監(jiān)視任務(wù)列表等，管道監(jiān)視線程主要實(shí)現(xiàn)獲取管道信息以及監(jiān)視管道等過(guò)程。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

主程序完成初始化后，創(chuàng)建管道事件和任務(wù)監(jiān)視線程，任務(wù)監(jiān)視線程建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接生成任務(wù)隊(duì)列，進(jìn)而生成FFmpeg命令字符串，開(kāi)始轉(zhuǎn)換編碼。FFmpeg轉(zhuǎn)碼完成后自動(dòng)結(jié)束，進(jìn)行下一任務(wù)。在FFmpeg的進(jìn)程執(zhí)行中，信息分為開(kāi)始、過(guò)程和結(jié)束信息，分析開(kāi)始信息字符串能夠得到時(shí)長(zhǎng)、視頻格式、幀大小、視頻制式等，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)換完成百分比，返回給監(jiān)視線程，用于等待控制。

3.2 數(shù)據(jù)上下載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上載模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)素材的雙碼流導(dǎo)入，采編過(guò)程可參照兩種命令實(shí)現(xiàn)：高品質(zhì)：ffmpeg -i X：＼input＼a.wmv-ab 128-acodec libmp3lame-ac 1 -ar 22050 -r 29.97 -qscale 4 -y X：＼output＼a.flv和低品質(zhì)：ffmpeg -i X：＼input＼a.wmv -ab 128 -acodec libmp3lame -ac 1 -ar 22050 -r 29.97 -b 512 -y X：＼output＼low.flv。以上命令可以在Dos命令行中輸入，也可以創(chuàng)建到批處理文件中運(yùn)行。不過(guò)前提是要在ffmpeg所在的目錄中執(zhí)行。

由于網(wǎng)絡(luò)上傳文件一般分為FTP協(xié)議方式和HTTP協(xié)議方式，而HTTP協(xié)議方式操作簡(jiǎn)單、便于管理，因此經(jīng)常使用。本文設(shè)計(jì)采用ASP.NET實(shí)現(xiàn)文件批量上載，最大可支持4096Kb文件，修改web.config文件中的RequestLenght等屬性值來(lái)實(shí)現(xiàn)上傳大文件作用；下載模塊主要實(shí)現(xiàn)媒體資料的不同介質(zhì)存儲(chǔ)，通常實(shí)現(xiàn)文件下載有不同的方法，可以采用IssusI（）Utility、TransmitFile（）、WriteFile（）、WriteFile（）分塊下載、Binary Write（）等實(shí)現(xiàn)下載。測(cè)試環(huán)境主要是Windows7、Visual Studio2005以及ASP.NET等，下載時(shí)間見(jiàn)表1所示。

表1 不同方法下載時(shí)間

文件大小/Kb方法1/s方法2/s方法3/s方法4/s方法5/s

107680

201638

310720

415002

平均時(shí)間5.533

11.351

19.615

28.165

21.0375.676

11.465

20.256

33.554

17.7385.192

10.165

20.216

24.156

14.9355.315

11.364

20.564

48.264

21.6778.126

15.526

26.458

36.565

21.669

3.3 基于FFmpeg的編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中重點(diǎn)是檢索碼流轉(zhuǎn)換和文件格式轉(zhuǎn)換兩種需求，任務(wù)主要有節(jié)目成品入庫(kù)前編碼、素材回調(diào)編碼和多種碼間流轉(zhuǎn)換。比如常用的素材編輯和檢索發(fā)布的格式主要是MPEG-X和FLV，由于前者的音視頻數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)會(huì)對(duì)帶寬造成較大影響，廣域網(wǎng)用戶往往需要緩沖很長(zhǎng)時(shí)間才能夠進(jìn)行播放，因此在非編輯狀態(tài)下多使用FLV格式，這種流媒體格式加載快、視頻效果良好。在轉(zhuǎn)換編碼時(shí)工作流程為MeDIA→ByteIOC ontext→DEMUXER（拆分文件）→DECODE函數(shù)→YUV（顏色編碼方法）→ENCODE函數(shù)→MUXER（合并文件）→BytelOC ontext→MEDIA，YUV（顏色編碼方法）→DECODE（函數(shù)）→DEMUXER（拆分文件）→BytelOC ontext→MEDIA。此工作流程包括解碼播放過(guò)程、格式轉(zhuǎn)換過(guò)程以及錄制過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了采集、編輯以及播放等功能。

針對(duì)基于FFmpeg的編碼服務(wù)主要有兩種實(shí)現(xiàn)方案，一種是先將FFmpeg編譯為ffmper.exe，接著在ffmpeg.exe的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，另一種則是直接在FFmpeg項(xiàng)目源碼上開(kāi)發(fā)，雖然第二種方法運(yùn)行效率以及穩(wěn)定性上有很大的優(yōu)勢(shì)，但是這種方法的開(kāi)發(fā)成本過(guò)高，且需專業(yè)的維護(hù)，并不適合用于小型媒資產(chǎn)系統(tǒng)，因此在多采用成本低，開(kāi)發(fā)便捷的第一種方法。以ffmpeg.exe為例進(jìn)行說(shuō)明低碼率的轉(zhuǎn)換，主要代碼為（部分）：string tool= Application.StartupPath + “// ffmper.exe”； stcmd= sFileName + “-ab56-ar220500- b512 -r15-s 320 x 240”+dFileName；p.StarInfo.FilkeName=toolpath；FFmpeg編解碼運(yùn)行過(guò)程見(jiàn)圖2所示。為支持新的視頻格式，可下載其第三方庫(kù)，產(chǎn)生的ffmper.exe以及l(fā)ibavcodec等文件替換其原先的文件，從而完成模塊更新并支持其新格式。

圖2 FFmpeg編解碼過(guò)程

在編碼處理過(guò)程中，用戶通過(guò)用戶界面對(duì)編碼服務(wù)器進(jìn)行調(diào)度和配置。編碼服務(wù)器采用無(wú)界面后臺(tái)程序工作模式進(jìn)行，無(wú)需編碼的硬件支持。由于需要進(jìn)行大量的磁盤讀取，同時(shí)編碼過(guò)程需占用較多的CPU資源，因此，編碼系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為單隊(duì)列、多任務(wù)方式進(jìn)行并行處理，這樣可減少對(duì)系統(tǒng)資源的占用，提高處理速度。

3.4 編目系統(tǒng)設(shè)計(jì)

編目系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)檢索功能的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)部分，主要是編目、著錄原文件，設(shè)計(jì)需求包括媒體對(duì)象、素材目錄、出版以及相關(guān)人員信息等，初步設(shè)計(jì)共包括題名、出版日期、內(nèi)容描述、關(guān)鍵詞以及資源類型等15個(gè)元素。為簡(jiǎn)便操作，采用每個(gè)資源對(duì)應(yīng)一個(gè)資源編號(hào)。編目著錄過(guò)程中應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題：（1）著錄元數(shù)據(jù)的完整性；（2）音視頻著錄中部分字段的處理方法及區(qū)別。

3.5 其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)

其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是存儲(chǔ)管理系統(tǒng)、文件檢索以及遷移備份等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本文采取的存儲(chǔ)管理系統(tǒng)是三級(jí)存數(shù)與SAN存儲(chǔ)相結(jié)合的分級(jí)存儲(chǔ)架構(gòu)，安全性能與效率較高。文件檢索系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)分類檢索、精確檢索等功能，并且用戶能夠?qū)崿F(xiàn)檢索結(jié)果的下載、播放等操作。遷移系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依照數(shù)據(jù)的不同使用頻次分別移到在線、近線、離線的存儲(chǔ)設(shè)備中，依照模型涉及到時(shí)間、文件用戶數(shù)量、I/O頻率、對(duì)比度以及文件大小等參數(shù)。編碼服務(wù)器在數(shù)據(jù)遷移過(guò)程中通過(guò)改變素材的封裝方式和頭文件，盡量減少對(duì)素材本身編碼和碼流的改變，避免重復(fù)編碼以節(jié)約資源。數(shù)據(jù)的備份文本采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)熱備份技術(shù)，采用雙網(wǎng)連接和盤陣技術(shù)，保證安全性和穩(wěn)定性。此外媒資系統(tǒng)還具有轉(zhuǎn)碼加密、播放解碼（密）、查詢回放等其他功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用FFmpge技術(shù)，系統(tǒng)優(yōu)化了媒資系統(tǒng)中檢索、轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)娜舾蓡?wèn)題，充分保證了數(shù)據(jù)的有效性和完整性。在今后的技術(shù)應(yīng)用中，針對(duì)工作的實(shí)際需求，還需要對(duì)FFmpge技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)行不斷完善和探索。

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作者簡(jiǎn)介：金晶（1978-），男，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，碩士，研究方向：廣電工程、非線性編輯技術(shù)、新媒體技術(shù)。

作者單位：湖南廣播電視大學(xué)教育信息技術(shù)中心，長(zhǎng)沙 410004

基金項(xiàng)目：湖南電大校級(jí)課題（項(xiàng)目編號(hào)：XDK2013-C-4）。