廣播電視中實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)的應(yīng)用

黎展鵬

摘 要 在物質(zhì)生活不斷提升的同時，人們對業(yè)余文化生活的要求也發(fā)生了變化，以此為背景，廣播電視得到迅猛發(fā)展。面對新時期人們對廣播電視節(jié)目的不同需求，探尋實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)在廣播電視中的應(yīng)用，對廣播電視中實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。因此，文章在總結(jié)轉(zhuǎn)碼技術(shù)主要功能的基礎(chǔ)之上，對廣播電視中實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)的應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞 廣播電視；實施轉(zhuǎn)碼；技術(shù)應(yīng)用；主要功能

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）217-0090-02

在廣播電視的發(fā)展中，為了實現(xiàn)不同視頻格式、不同設(shè)備、不同網(wǎng)絡(luò)之間的兼容，滿足不同終端對廣播電視節(jié)目的不同需求，視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)得到較為廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)碼即視頻格式之間的轉(zhuǎn)換。分析視頻格式的主要特征，包括碼率、幀率、空間分辨率、編碼語法等。在當前背景下，有限的頻道帶寬資源與海量的節(jié)目信息，逐漸成為廣播電視發(fā)展的制約因素。為滿足人們對業(yè)余文化生活的需求，在保證畫面質(zhì)量的前提下，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬資源與存儲空間的消耗，亟需一種適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)，提高視頻節(jié)目編碼的質(zhì)量。

1 視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)的含義及分類

視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)是通過某種手段改變現(xiàn)有的視頻數(shù)據(jù)的編碼方式，基于轉(zhuǎn)碼技術(shù)可將視頻的編碼與存儲進行分離，將視頻的傳輸與解碼進行分離，實現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的靈活訪問與靈活傳輸。在三網(wǎng)融合的背景下，視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)被應(yīng)用到廣播電視中，并逐漸趨于成熟?；凇安煌K端的視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量的標準也有所差異”這一特點，在廣播電視的發(fā)展中，轉(zhuǎn)碼技術(shù)扮演著越來越重要的角色。

分析視頻轉(zhuǎn)換編碼的適應(yīng)范圍，分別為碼率轉(zhuǎn)換、分辨率轉(zhuǎn)換、語法轉(zhuǎn)換。碼率在一定程度上決定了視頻的質(zhì)量，在廣播電視與網(wǎng)絡(luò)傳輸中碼率轉(zhuǎn)換較為常用，以達到節(jié)省帶寬、兼容數(shù)字廣播中的特定級等目的。分辨率的轉(zhuǎn)換多是為了解決不同終端的顯示問題，主要分為時間分辨率的轉(zhuǎn)碼與空間分辨率的轉(zhuǎn)碼。在輸入與轉(zhuǎn)碼后的碼流所遵循的壓縮標準不同時，需要用到語法轉(zhuǎn)碼。在視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)中，使用目的不同，其實現(xiàn)的方法也有所不同，一般分為以下兩類：

1）不同編碼格式之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼。此類轉(zhuǎn)碼通過相應(yīng)的實現(xiàn)手段改變視頻數(shù)據(jù)的編碼格式，將導(dǎo)致視頻數(shù)據(jù)的分辨率與碼流發(fā)生變化，其轉(zhuǎn)碼過程實際上為重新編碼的過程，轉(zhuǎn)碼前后兩種編碼方式的相關(guān)度與轉(zhuǎn)碼后的圖像質(zhì)量決定了轉(zhuǎn)碼算法的復(fù)雜度與系統(tǒng)開銷。

2）相同編碼格式之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼。此類轉(zhuǎn)碼僅通過轉(zhuǎn)碼手段改變視頻數(shù)據(jù)的碼流或頭文件的信息，并不改變視頻壓縮的格式。依據(jù)轉(zhuǎn)碼的目的可以分為不改變碼流的轉(zhuǎn)碼與改變碼流的轉(zhuǎn)碼。

2 視頻轉(zhuǎn)碼方式

在視頻應(yīng)用飛速發(fā)展的過程中，視頻所需的編碼時間大幅增加，轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)也面臨適配更多類型的用戶終端的問題，這給視頻的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器帶來了較為嚴峻的考驗。以下就主流的轉(zhuǎn)碼方式進行分析。

2.1 單機式轉(zhuǎn)碼

使用單一的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器進行視頻的轉(zhuǎn)碼。此種方式具有易于實現(xiàn)的優(yōu)勢，但因轉(zhuǎn)碼速度慢，轉(zhuǎn)碼效率低，并不適用于高并發(fā)轉(zhuǎn)碼任務(wù)或大量視頻的轉(zhuǎn)碼。

2.2 分布式轉(zhuǎn)碼

使用多臺轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，借助分布式技術(shù)進行轉(zhuǎn)碼。分布式轉(zhuǎn)碼的優(yōu)勢在于可實現(xiàn)并行轉(zhuǎn)碼，提高轉(zhuǎn)碼效率，具有較強的擴展性，能夠應(yīng)付海量的視頻轉(zhuǎn)碼任務(wù)，但需要充分考慮視頻的分段以及合并，以及海量任務(wù)下的調(diào)度與異常處理等，因而實現(xiàn)過程較為復(fù)雜。

2.3 基于云計算轉(zhuǎn)碼

借助云計算技術(shù)進行轉(zhuǎn)碼。此種方式的優(yōu)勢在于實現(xiàn)方法靈活、輸出質(zhì)量高，能夠滿足實時轉(zhuǎn)碼的相關(guān)要求，但該轉(zhuǎn)碼方式下的算法具有較高的復(fù)雜度，計算量較大?；谠朴嬎慵夹g(shù)，則可很好的彌補視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)的缺點。

3 分布式視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)在廣播電視中的應(yīng)用

本小節(jié)以基于Hadoop框架的轉(zhuǎn)碼方案為例，分析分布式視頻轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的應(yīng)用。

就分布式視頻轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的任務(wù)來看，主要包括視頻處理、任務(wù)分配與視頻存儲，其中，視頻處理主要有視頻的轉(zhuǎn)碼、分割以及合并等。運用實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)，在電視節(jié)目供應(yīng)時增加實時轉(zhuǎn)碼平臺，形成實時轉(zhuǎn)碼體系構(gòu)架，實現(xiàn)內(nèi)容的統(tǒng)一管理?；诖?，用戶可通過不同終端使用視頻業(yè)務(wù)，播放電視節(jié)目。

分析分布式視頻轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的組成，主要有異常處理模塊、視頻處理模塊、負載均衡模塊、用戶后臺接口模塊。視頻處理模塊負責(zé)完成視頻的切割、合并、傳輸與任務(wù)的分配；異常處理模塊負責(zé)轉(zhuǎn)碼失敗的視頻片段的處理與節(jié)點的時效處理；負載均衡模塊則主要依據(jù)節(jié)點的資源狀況實現(xiàn)最大價值的任務(wù)分配與選擇。

分析視頻分段與存儲的方法，原始視頻保證了視頻的完整性，但轉(zhuǎn)碼過程中可出現(xiàn)負荷過大的情況；直接將原始視頻進行切分，忽略了視頻段之間的關(guān)聯(lián)性，可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)碼后視頻不能播放的情況；采用FFMPEG（開源音視頻處理軟件）將視頻文件分割為獨立的視頻塊，則可解決上述問題。

在視頻轉(zhuǎn)碼的過程中，主要占用系統(tǒng)的硬件資源，即計算機剩余CPU與RAM之間的比例。在傳統(tǒng)的視頻存儲中，通常將視頻存放于同一磁盤，在某一時段，若出現(xiàn)訪問用戶過多的情況，可發(fā)生阻塞，進而影響視頻的傳輸速度與視頻播放的流暢度?；诜植际揭曨l轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)，在提供分布式視頻轉(zhuǎn)碼服務(wù)的同時，借助分布式存儲方案能夠有效解決視頻的存儲問題，保證廣播電視中電視節(jié)目點播的流暢。

4 基于云計算的實時轉(zhuǎn)碼技術(shù)的應(yīng)用

基于云計算的實施轉(zhuǎn)碼技術(shù)主要包括視頻轉(zhuǎn)碼與云計算，以下就視頻轉(zhuǎn)碼與云計算分別進行分析。

視頻轉(zhuǎn)碼的目的在于轉(zhuǎn)換視頻的時間分辨率、空間分辨率、編碼格式、碼率等。視頻碼率轉(zhuǎn)換的目的在于調(diào)整視頻的碼率以符合相關(guān)傳輸要求，常用的方法主要有選擇合適的量化步長對解碼后的頻域系數(shù)進行在量化，利用提取的編碼模式與運動矢量對圖像進行重新編碼等。

空間分辨率轉(zhuǎn)換的目的在于調(diào)整視頻的分辨率以便在移動終端上播放，時間分辨率轉(zhuǎn)換則通過降低視頻序列的幀率來降低視頻對解碼設(shè)備處理能力的要求。作為保證原始視頻的內(nèi)容可在終端解碼并正常播放的有效手段，編碼格式的轉(zhuǎn)換極為常用。在視頻轉(zhuǎn)碼的過程中，所涉及的運動矢量獲取、編碼模式的選擇等環(huán)節(jié)，均依賴于大量的計算。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)碼平臺很難實現(xiàn)海量并發(fā)數(shù)據(jù)的實時轉(zhuǎn)碼，而云計算技術(shù)的誕生則為此提供了解決之法。

云計算技術(shù)包含MapReduce技術(shù)、Bigtable技術(shù)、HDFS技術(shù)。MapReduce技術(shù)屬于一種分布式計算模型，能夠滿足巨量（TB級別）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理，該技術(shù)在具體應(yīng)用的過程中，應(yīng)當進一步考慮任務(wù)的顆粒度與容錯機制，以達到最大計算性能。Bigtable技術(shù)屬于一種分布式數(shù)據(jù)庫，能夠滿足海量（PB級別）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理，具有很好的可擴展性、適用性。HDFS分布式文件系統(tǒng)是一種基于流模式的數(shù)據(jù)訪問文件系統(tǒng)，可支持海量（PB級別）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理。

通過云計算轉(zhuǎn)碼技術(shù)的應(yīng)用，形成新的實時轉(zhuǎn)碼體系架構(gòu)，當用戶在不同的移動終端上播放視頻時，可通過云轉(zhuǎn)碼平臺完成視頻的實時轉(zhuǎn)碼與視頻的獲取。分析基于云計算的視頻轉(zhuǎn)碼的體系架構(gòu)，主要由應(yīng)用終端、視頻業(yè)務(wù)系統(tǒng)、統(tǒng)一內(nèi)容管理系統(tǒng)與云轉(zhuǎn)碼平臺構(gòu)成。

統(tǒng)一內(nèi)容管理系統(tǒng)主要負責(zé)視頻內(nèi)容的發(fā)布、獲取與元數(shù)據(jù)的管理；在視頻業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，主要包括業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)、視頻門戶等，負責(zé)電視節(jié)目的直播、點播與回看等流媒體服務(wù)，以及視頻業(yè)務(wù)的管理、認證等；云轉(zhuǎn)碼平臺包括云轉(zhuǎn)碼能力與視頻轉(zhuǎn)碼倉庫。云轉(zhuǎn)碼平臺的架構(gòu)設(shè)計借助云計算的關(guān)鍵技術(shù)，即采用Bigtable技術(shù)對視頻數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)碼后的內(nèi)容進行存儲，獲取各種類型的碼流，將視頻編碼幀逐幀存放于數(shù)據(jù)庫；采用MapReduce技術(shù)對切片視頻幀進行并行轉(zhuǎn)碼，以便快速讀取與復(fù)制；采用HDFS分布式文件系統(tǒng)對轉(zhuǎn)碼中間文件與Bigtable表進行存儲，方便轉(zhuǎn)碼文件的快速訪問與復(fù)制。

5 結(jié)論

在廣播電視的發(fā)展中，轉(zhuǎn)碼技術(shù)具有極為重要的作用?；趶V播電視中實時轉(zhuǎn)碼平臺的可擴展性與高效性等發(fā)展需求，在業(yè)務(wù)運營的過程中，為促進廣播電視的發(fā)展、適應(yīng)用戶的需求、改善用戶的體驗、加快運營的效率，應(yīng)當密切關(guān)注分布式技術(shù)與云計算技術(shù)等在廣播電視中的應(yīng)用效果，積極探尋有效的應(yīng)用方法。

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