視頻轉碼演算法

『壹』 視頻轉碼技術及分類

視頻轉碼技術，顧名思義就是在通過某種手段改變現有視頻數據的編碼方式。視頻轉碼技術使用的目的不同，其實現的手段也各不相同。大致上可以分為兩類： 一、不同編碼格式之間的視頻數據轉碼不同編碼格式之間的數據轉碼，指通過轉碼方法改變視頻數據的編碼格式。通常這種數據轉碼會改變視頻數據的現有碼流和解析度。例如我們可以將基於 MPEG-2 格式的視頻數據轉換為 DV 、 MPEG-4 或其它編碼格式，同時根據其轉碼目的，指定轉碼產生視頻數據的碼流和解析度。我們可以將 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 的視頻源數據轉換為 25Mbps 碼流的 DV 格式數據，用於筆記本移動編輯系統，同時產生一個 300*200 低解析度的 MPEG-4 文件，使用 REAL 或者微軟的 WMV 格式進行封裝，通過互聯網路傳輸至主管領導處用於審看。這種轉碼方式設計的演算法較為復雜，其實質上是一個重新編碼的過程，涉及的演算法復雜度和系統開銷，是由轉碼所需圖像質量要求及轉碼前後兩種編碼方式的相關度所決定的。二、相同編碼格式之間的視頻數據轉碼相同編碼格式的數據轉碼，指不改變壓縮格式，只通過轉碼手段改變其碼流或頭文件信息。根據其使用目的，可分為改變碼流和不改變碼流兩種。如我們可以將 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 碼流的視頻數據轉碼為 MPEG-2 IBBP 幀 8Mbps 碼流的視頻數據，直接用於播出伺服器用於播出。或者我們將基於 SONY 視頻伺服器頭文件封裝的 MPEG-2 全 I 幀 50Mbps 碼流的視頻文件，改變其頭文件和封裝形式，使之可以在給予 MATROX 板卡的編輯系統上直接編輯使用。這種轉碼方式的復雜度要小於不同編碼格式轉碼的復雜度，而且對視頻工程上而言，更加具有可操作性。更多內容可在中電網上搜到

『貳』 視頻轉碼的實現

當通過IP網路發送DVD光碟上的數據時(例如公司培訓、視頻點播或視頻廣播等應用)，轉碼技術同樣適用。對於這種情況，源視頻格式是MPEG-2，而VC1很可能被用作目標格式。以下將介紹如何利用兩片TI TMS320C6455 DSP來實現這種系統原型。
從技術上來看，需採用視頻轉碼技術來解決格式轉換、位速率減小和時間/空間解析度縮減等諸多問題。相應地，針對不同情況開發出了不同的智能視頻轉碼方案，其基本原則是盡可能地復用原始輸入視頻流中所包含的信息以降低復雜性。
例如，運動矢量(MV)映射、DCT(離散餘弦變換)域轉換和殘差重估(resial re-estimation)等日前流行的視頻轉碼技術可大幅降低計算復雜性。
此外，人們也期待出現簡單且可以擴展的轉碼架構。由於不同的視頻轉碼方案要求以不同的方式對演算法和架構進行調整，並且不存在單個的標准化視頻轉碼方案，具有可編程能力的DSP(如C6455 DSP)適用於這一領域。
下面我們將提出一個可滿足各種轉碼方案的通用視頻轉碼架構及原型。為適應各種不同的視頻轉碼目標，我們選取了最簡單的轉碼方案將被解碼的視頻流按照新的約束條件完全重新編碼。
這個初始的視頻轉碼方案未復用原始輸入視頻流中所包含的信息，卻能夠處理所有復雜的解碼和重編碼任務。不過，該視頻轉碼架構和軟體基礎設施是可擴展的，可以支持智能轉碼方案(如MV映射、DCT域轉換等)，以提高通道密度並充分挖掘優化質量的潛能。由於採用了靈活的軟硬體框架，這個架構可以實現許多傳統的和新型的轉碼方案。
原型的實現
盡管MPEG-2/WMV9組合有望應用得非常普遍，但DSP的可編程能力使其可以方便地處理源視頻/目標視頻格式的幾乎任何組合。
該系統的原始數據以MPEG-2格式的視頻壓縮文件儲存在硬碟中，數據流通過Windows Media Player軟體止於平板顯示器。在這個展示裝置中，視頻信號採用NTSC標准解析度並以30幀/s的速度進行轉碼。 運行在DSP1上的數據流接收器模塊負責緩存MPEG-2數據流，並對MPEG-2解碼器模塊的輸入數據進行管理。數據接收操作由TI公司的Network Development Kit(NDK)庫(本質上是一種TCP/IP棧)控制。DSP2也有一個基於NDK的HTTP伺服器，負責處理由Windows Media Player發出的流處理請求並把ASF數據包傳送給WMP。然後，WMP將ASF數據包解碼並在屏幕上顯示視頻信號。 該數據流的一個最有趣和最富挑戰性的特性是兩個DSP在sRIO介面上的交互。對於每個視頻幀的傳送，這一過程包括： 一旦DSP1發送完視頻幀，便馬上發送一個在sRIO協議規范中被稱為DOORBELL(門鈴)的數據包。DOORBELL數據包在DSP2上產生一個系統中斷告知有幀到達，然後開始WMV9編碼。在完成對幀的編碼後，DSP2將一個DOORBELL數據包發送回DSP1，再次觸發一個中斷給DSP1中告知可繼續發送下一幀。在實際的實現中，使用了一種PING-PONG緩沖方案來並行處理編碼/解碼和數據傳送操作。接下來，該序列以循環方式運行直到演示停止。 GUI模塊將控制和監視功能內置到系統中。sRIO鏈接和兩個吉比特MAC(GMAC)鏈接的活動以實時方式顯示出來。對於傳送MPEG-2數據流的鏈接，平均數據速率為8Mbps，這對於標准解析度下編碼速率達30fps的情況十分普遍。對於傳送ASF數據包的鏈接，平均位速率為4Mbps，這表明WMV9能夠節省50%的帶寬但仍可達到同樣的視頻質量。對於sRIO鏈接，平均位速率為124Mbps。