氣象影視常用視頻打包格式淺析

藍(lán)設(shè)華

【摘 要】文章通過(guò)分析各種類型的視頻格式的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)視頻打包圖像質(zhì)量、文件大小與播出流暢性等的平衡，使氣象影視節(jié)目達(dá)到各類平臺(tái)、載體的播出要求，這對(duì)廣西氣象影視業(yè)務(wù)具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)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(shí)代的來(lái)臨，廣西氣象影視業(yè)務(wù)也在全方位地發(fā)展，節(jié)目數(shù)量越來(lái)越多;制作的氣象影視節(jié)目除了在傳統(tǒng)的電視上播出外，還在微信、微博、抖音、斗魚(yú)等多個(gè)不同載體播出;對(duì)節(jié)目制作質(zhì)量的要求越來(lái)越高，制作節(jié)目的視頻格式越來(lái)越繁雜;廣西多個(gè)地級(jí)市的氣象影視業(yè)務(wù)由當(dāng)初的“集中制作，末端分發(fā)”逐步轉(zhuǎn)向自主研發(fā)制播，這不但要求從設(shè)備的選型、檔次考慮設(shè)備的投入，還要在設(shè)備能力有限的情況下，充分發(fā)掘設(shè)備優(yōu)勢(shì)，提高節(jié)目技術(shù)指標(biāo)[1]。

在現(xiàn)有的氣象影視日常高、標(biāo)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(wǎng)絡(luò)播放的網(wǎng)絡(luò)流媒體視頻兩大類。盡管后者在播放的穩(wěn)定性和播放圖像質(zhì)量上可能沒(méi)有前者優(yōu)秀，但網(wǎng)絡(luò)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(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)直播、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)演示、網(wǎng)絡(luò)視頻廣告等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)領(lǐng)域[2]。

為了使視頻媒體滿足多方要求，達(dá)到滿意的視聽(tīng)、播放效果，多媒體數(shù)據(jù)壓縮及編碼研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年，至今已產(chǎn)生AVI、MPEG等針對(duì)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(jī)，后者適用于PC機(jī)和Macintosh計(jì)算機(jī)。此外，還有MPEG文件（*.mpg）、VCD上的DAT文件（*.dat）及網(wǎng)絡(luò)上常用的Real Video文件（*.rm）等。現(xiàn)就這些視頻格式進(jìn)行分析與比較。

1 理論分析

1.1 AVI

AVI是音、視頻交錯(cuò)（Audio Video Interleaved）的英文縮寫(xiě)，是由微軟公司研發(fā)的視頻格式，在視頻應(yīng)用領(lǐng)域上是最悠久的格式之一。AVI格式圖像質(zhì)量好，調(diào)取方便，壓縮標(biāo)準(zhǔn)可以有多方面的選擇，是目前應(yīng)用最為廣泛的格式，也是大洋非線性編輯系統(tǒng)默認(rèn)的視頻素材格式。

1.2 MPEG

MPEG是Motion Picture Experts Group的縮寫(xiě)[3]，它的格式類型主要包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。MPEG-1在一些網(wǎng)絡(luò)媒體視頻和VCD制作上被廣泛地應(yīng)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(duì)處理存儲(chǔ)空間問(wèn)題提供了很好的解決方案。MPEG-2則更多地應(yīng)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(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MPEG-1。

1.3 MOV

MOV是蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的一種音、視頻文件格式，它原來(lái)只是蘋(píng)果公司用于Mac計(jì)算機(jī)上的一種圖像視頻處理軟件。Quick-Time提供了兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像和數(shù)字視頻格式，即可以支持靜態(tài)的*.PIC和*.JPG圖像格式，動(dòng)態(tài)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(yùn)用于多種平臺(tái)，對(duì)存儲(chǔ)空間要求不高。

1.4 WMV

WMV是英文Windows Media Video的縮寫(xiě)，是一種獨(dú)立于編碼方式的可用在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳播多媒體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是微軟公司開(kāi)發(fā)的一系列視頻編解碼和其相關(guān)的視頻編碼格式的統(tǒng)稱，微軟希望用其取代Quick Time之類的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及WAV、AVI之類的擴(kuò)展名。WMV的主要優(yōu)點(diǎn)如下：可擴(kuò)充的媒體類型、本地或網(wǎng)絡(luò)播放、可伸縮的媒體類型、多語(yǔ)言支持、擴(kuò)展性等。

1.5 MKV

MKV視頻文件可以在一個(gè)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(jiàn)的XviD、DivX、3IVX，也可以是QuickTime、WMV、RealVideo這些類型的流媒體視頻。實(shí)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(kāi)放性的優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)將會(huì)有一個(gè)良好的應(yīng)用前景。

1.6 MXF

MXF是Material Exchange Format（文件交換格式）的英文縮寫(xiě)，它是SMPTE（美國(guó)電影與電視工程師學(xué)會(huì)）組織定義的一種專業(yè)的音、視頻媒體文件格式。MXF主要應(yīng)用于影視行業(yè)媒體編輯、制作、存儲(chǔ)和發(fā)行等環(huán)節(jié)，它可在專業(yè)廣播電視環(huán)境下轉(zhuǎn)換媒體文件格式，本質(zhì)上是一種外殼格式。MXF被設(shè)計(jì)為可以同時(shí)處理打包多條軌道的視、音頻及數(shù)據(jù)庫(kù)文件，它既支持流媒體圖像信號(hào)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）共同提出的繼MPEG-4之后的新一代數(shù)字視頻壓縮格式。H.264是在MPEG-4技術(shù)的基礎(chǔ)之上擴(kuò)展建立起來(lái)的，其編解碼率程主要包括5個(gè)部分：幀間和幀內(nèi)預(yù)測(cè)（Estimation）、量化（Quantization）和反量化、變換（Transform）和反變換、熵編碼（Entropy Coding）、環(huán)路濾波（Loop Filter）。在同等的帶寬條件下，H.264編碼比其他現(xiàn)有的視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)提供的圖像質(zhì)量更加優(yōu)秀，這在多媒體的制作、傳播及應(yīng)用上提供了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.8 RMVB

RMVB是在流媒體RM影片格式上升級(jí)改進(jìn)而來(lái)的。RMVB壓縮算法的最大特點(diǎn)就是在保證平均壓縮比的基礎(chǔ)上，設(shè)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(fù)雜的動(dòng)態(tài)畫(huà)面，較低的采樣率則用于靜態(tài)畫(huà)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(jué)的影片質(zhì)量的情況下最大限度地壓縮影片，最終得到圖像畫(huà)質(zhì)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(tǒng)打包輸出的視頻格式有20種左右可以選擇，現(xiàn)就以日常氣象影視節(jié)目常用的視頻打包格式使用情況做比對(duì)（以大洋非編故事版上1 min時(shí)長(zhǎng)節(jié)目打包輸出為例，幀率默認(rèn)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(dá)300 M，選擇300 M碼率，輸出畫(huà)幅使用信箱方式（即保持高清的原始分辨率為1 920*1 080），節(jié)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(dá)25 M，碼率設(shè)置為8 M，輸出畫(huà)幅使用切邊方式（即保持標(biāo)清的原始分辨率為720*576），節(jié)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(huà)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(dá)25 Mbps，碼率設(shè)置為2 Mbps，輸出畫(huà)幅使用信箱方式，節(jié)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(dá)25 Mbps，碼率設(shè)置為8 Mbps，輸出畫(huà)幅使用切邊方式，節(jié)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(dá)50 Mbps，碼率設(shè)置為25 Mbps，輸出畫(huà)幅使用切邊方式，節(jié)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(dá)25 Mbps，碼率設(shè)置為15 Mbps，輸出畫(huà)幅使用信箱方式，節(jié)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(dá)25 Mbps，碼率選取4 Mbps，輸出畫(huà)幅使用信箱方式，節(jié)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(dá)300 Mbps，碼率設(shè)置為25 Mbps，輸出畫(huà)幅使用信箱方式，節(jié)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(huà)幅使用信箱方式，節(jié)目打包輸出后大概得到210 M的視頻文件。

綜上所述：{1}同個(gè)節(jié)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(zhì)量及文件大小也不一樣。碼率越大，圖像質(zhì)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(huà)面和源視頻相差無(wú)幾。但是在一臺(tái)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(shí)間長(zhǎng)，而且播放過(guò)程會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面卡頓、聲音延時(shí)、CPU與內(nèi)存使用率高等問(wèn)題（電腦配置：處理器為Intel至強(qiáng)e5，內(nèi)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(huà)面質(zhì)量還算是優(yōu)秀，比較接近源視頻，在電腦上播出視頻加載、緩沖時(shí)間較短，可以得到流暢清晰的畫(huà)面。{3}以MPEG視頻格式輸出的視頻文件，碼率選取越大，畫(huà)質(zhì)越優(yōu)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(huà)質(zhì)甚至比MOV和MXF格式的視頻畫(huà)質(zhì)還要清晰，視頻加載、緩沖時(shí)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(shí)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(huà)質(zhì)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(jīng)過(guò)切邊裁剪為標(biāo)清格式，所以在電腦上全屏（16∶9）播出畫(huà)質(zhì)顯得不夠清晰，特別是在動(dòng)態(tài)畫(huà)面上有明顯的噪點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)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(tǒng)編輯氣象影視節(jié)目時(shí)，編輯的音視頻素材大都采用AVI視頻格式，無(wú)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(huà)質(zhì)和源視頻相比較幾乎毫無(wú)差異，達(dá)到無(wú)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(jī)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(tǒng)以素材的形式進(jìn)行編輯使用。由于AVI封裝格式的開(kāi)源特點(diǎn)，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(yè)務(wù)節(jié)目制作中，由于地方電視臺(tái)播放的節(jié)目大都以標(biāo)清格式播出，出于對(duì)氣象影視節(jié)目傳輸（視頻文件體積太大影響傳輸速度）和圖像質(zhì)量（視頻壓縮碼率過(guò)低達(dá)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(huà)幅使用切邊方式打包輸出成DVD視頻傳輸給地方電視臺(tái)播出使用。如果在圖像畫(huà)面上想要達(dá)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(jié)目視頻質(zhì)量，又能最大限度地控制視頻的大小，不至于在傳輸上出現(xiàn)大的瓶頸。為了配合梧州電視臺(tái)播出要求，節(jié)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(tái)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(jí)天氣網(wǎng)上播出的影視節(jié)目視頻，因?yàn)閷?duì)圖像質(zhì)量要求不是特別高，應(yīng)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(wǎng)絡(luò)播放。微信平臺(tái)對(duì)視頻文件大小有嚴(yán)格要求，在微信上播出的視頻，要求所上傳視頻大小不超過(guò)25 M，出于對(duì)節(jié)目質(zhì)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(jié)目圖像質(zhì)量的清晰度。在為氣象影視節(jié)目作推流的一覽媒體中心平臺(tái)網(wǎng)站上，盡可能地提供給其較高畫(huà)面質(zhì)量的視頻，可以適當(dāng)?shù)卦龃笠曨l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(jīng)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(gòu)過(guò)于陳舊，這使得它在對(duì)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(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度要求較高且存儲(chǔ)量過(guò)大，在非微軟平臺(tái)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(biāo)就是取代舊式的媒體封裝格式，其中最主要的目標(biāo)就是AVI，MVK最大的特點(diǎn)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(jìn)去，由于它的壓縮算法先進(jìn)，所以對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度要求并不高，可以說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)媒體格式的一次大革命，幾乎變成一個(gè)萬(wàn)能的媒體容器。但MVK還是一種發(fā)展中尚未成熟的技術(shù)，它沒(méi)有深遠(yuǎn)的背景可以依托，現(xiàn)在甚至還沒(méi)出現(xiàn)一個(gè)能直接編輯它的軟件。

H.264標(biāo)準(zhǔn)使動(dòng)態(tài)圖像壓縮技術(shù)提升到一個(gè)更高的階段，H.264的最大優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)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(guò)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(wǎng)絡(luò)上傳輸。在較低的帶寬上提供更高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264的應(yīng)用亮點(diǎn)，這也為互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供了廣闊的前景。H.264的推廣應(yīng)用對(duì)視頻終端、網(wǎng)關(guān)、MCU等系統(tǒng)的要求較高，這將有力地推動(dòng)視頻會(huì)議軟、硬件設(shè)備在各方面的不斷完善。同時(shí)，H.264視頻編碼新標(biāo)準(zhǔn)有利于MPEG-4的壓縮性能，可廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字視頻錄像、數(shù)字?jǐn)z像、DVD及電視廣播等領(lǐng)域的圖像壓縮。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張金標(biāo)，彭衛(wèi)紅，練江帆，等.數(shù)字化天氣節(jié)目演播室技術(shù)概述[J].廣東氣象，2008（4）：48-50.

[2]孔令瑜.多媒體技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：62，89.

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