基于云計算的音頻管理體系研究

河南省廣電局無線電臺管理中心 李嬌

河南有線電視網絡集團有限公司 王鐸

基于云計算的音頻管理體系研究

河南省廣電局無線電臺管理中心 李嬌

河南有線電視網絡集團有限公司 王鐸

一、云計算概念及應用

1.云計算概念。隨著信息化技術的高速發展，傳統的數據處理方式已經難以滿足快速增長的科研與辦公需求，因此，新型并行處理技術——云計算便應運而生了。自2006年年底，Google公司推出“101計劃”并正式提出“云”概念以來，亞馬遜、IBM、英特爾、微軟、Sun等信息業巨頭也極度關注，紛紛提出了“云計劃”并參與到云計算的研究和開發中。例如，亞馬遜、IBM和谷歌強強聯合推出的“藍云”計劃。亞馬遜為開發商以及獨立開發人員提供的“彈性云”計算。趨勢科技和瑞星安全廠商提出的“安全云”計劃。谷歌、清華大學、華盛頓大學合作啟動的云計算學術合作計劃等。

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。隨著網絡的飛速發展，音頻文件已成為網絡資源的不可或缺的重要組成部分。由于網絡帶寬以及網絡存儲空間的局限，音頻壓縮技術的研究便隨之興起。如何在高壓縮率下保持良好的音質效果已成為了一個重要研究方向。云計算在音頻管理中的應用將有效提升音頻壓縮的效率。本文，筆者結合云計算理論與技術，針對音頻文件壓縮管理提出了新的研究方法。

2.云計算工作原理。云計算以互聯網為基礎，融合了分布式計算、并行計算和網絡計算技術，通過網絡將大容量存儲以及大規模計算處理程序分布到網絡中的大量分布式處理終端上，即將網絡中的各終端設備、信息、處理器等資源匯聚到一起來協同工作。

二、音頻壓縮技術

1.音頻壓縮技術的種類。音頻壓縮技術根據壓縮后音頻文件是否能夠完全復原原始數據，可分為有損壓縮與無損壓縮技術；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）、時域編碼（如增量編碼、預測編碼等）、統計編碼（如哈夫曼編碼、熵編碼等）以及不同組合的復合制編碼，各編碼的時間復雜度、空間復雜度、編碼延時、壓縮質量和壓縮效率等也不盡相同。

2.常用的音頻壓縮編碼。音頻壓縮技術應用廣泛，多用于廣播、移動、電信、電子消費產品等領域，因廠商壓縮方法的不同而采用不同的音頻壓縮標準。目前常見的音頻有損壓縮編碼主要有WMA，MP3，OGG，WAV，FLAC，APE，LPAC，AppleLossless，WMALossless，OptimFROG，Shorten。有損壓縮編碼通過降低音頻采樣率、比特率等轉換方法實現文件的高效壓縮，從而節省存儲空間、提升下載和解壓的能力，但通常以犧牲音質為代價并且數據還原性差。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量的音效。以FLAC、APE為主流的有損壓縮格式，其特點在于在保證不損失源文件碼率的基礎下，降低音頻文件的大小，并可逆向還原音頻文件，缺點在于壓縮比相對較低。

三、基于云計算的音頻管理體系

1.基于云計算的音頻管理模式。

（1）基于云計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或局域網存儲，本地存儲成本低、但靈活性差，局域網存儲成本高但仍然無法直接解決遠程訪問的問題。音頻文件管理的特點在于涵蓋了互聯網存儲的同時集成了云安全手段。音頻文件可以上載常規的音頻格式，在云端進行處理為常用的格式。對于廣播級別的音頻處理要求很高，除去音頻之外還有媒體資產管理的需求。

（2）基于云計算音頻管理模式的特點。在云計算基礎上的音頻文件管理有以下幾個特點：便利、安全、云解碼、云預覽、云審核、云存儲與B/S結構的結合、高效存儲和智能整理。按照一般工作的需求，內容類型可以歸納為：生產型。生產型內容一般都采用WAVE等編輯交換格式，格式通用性強，并且質量無損失，素材型。高壓縮、無失真、磁盤來源是壓縮的，存儲采用快速壓縮方式方便轉換和調用，可以隨時轉換為比較通用的格式，適用于內外網交互和傳輸，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”內容的歸檔型，空間占用較少。一般采用無損算法的高級壓縮算法，編解碼的時間和CPU占用率都很高；史料型，史料型內容是歸檔型的音效可有損壓縮版本，僅作長期存儲的史料準備，對空間占用要求更低。采用AAC、MP3格式的比較多，但由于波特率和壓縮碼率的限制，音頻內容是有損的，并且采用高碼率壓縮。

（3）基于云計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浪費大量的時間和人力。新的管理思路就是建立1個平臺，它擁有用戶管理、權限管理、存儲管理等功能。首先在服務端的B/S結構的平臺創建用戶和捆綁角色，劃定用戶的工作項目和存儲設置，而角色是根據工作項目創建的，存在采編、監審、發布和歸檔等角色。在工作站中安裝1個客戶端組件，采用C/S結構使用戶登陸后并設定工作目錄與服務器端的私有空間做映射。同時，客戶端組件與Windows的文件管理系統進行結合，對用戶操作的音頻文件進行監聽。用戶只需要在工作目錄中使用音頻軟件對文件進行正常的拷貝、粘貼、修改即可。對于新增、修改的文件將直接在目錄的文件上顯示變更圖標的提示，保證用戶可以及時看到文件的變更狀態。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，按下鼠標右鍵即可激活媒體資源的遠程同步菜單進行同步。同步后的文件將提醒擁有項目審核角色的人員進行在線預覽或提取在本地瀏覽，通過審核后，擁有角色權限的人則可以進行歸檔、發布或其他的操作流程。

2.服務端的管理策略。

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

（2）作為項目任務的編碼步驟。存在1個任務隊列的功能，則在根據用戶的角色和項目的優先級進行1個排隊并優化編碼進度。

（3）多進程和多線程的管理。涉及編解碼器本身的管理，需要對于資源、內存、處理器占用和編解碼配置進行完整的封裝。將高CPU、高I/O、高網絡占用的進程分類，服務器進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。利用網格計算和分布式算法，將編解碼進程和任務分布均衡到多級硬件物理設備上。

（5）可托管腳本技術的調用。可以采用JavaScript、VB?Script、LUA等腳本語言作為高級的流程控制語言完成一些復雜的邏輯功能。

（6）增加異常處理的機制。校驗中利用CHECKSUM、CRC32等算法對文件進行驗證，對于各種事件進行實時監控。

（7）日志的查詢和分析。根據用戶、角色的權限約束，根據項目、時間、隊列事件進行詳細的查詢，并且對于當前的任務事件進行監控。

3.管理體系的優點。

（1）管理體系對于安全性也是透明的，因為資料定稿的保存都在服務端，只有擁有角色權限的用戶才可以接觸到某個項目的資源。

（2）在同步的過程中，客戶端同步到服務端會自動根據工作站的負載和網絡狀態選擇采用無損壓縮或未壓縮格式進行同步。當項目的資料長久未使用將根據智能策略由服務端根據當前轉碼資源的占用率的對文件進行無損壓縮處理或有損壓縮，以節約服務器的資源。

（3）智能策略在項目設定中可以自行設定。如對于誰可以做什么，同步過程中采用的編解碼格式、存儲策略和自動優化策略。

四、結論

本文，筆者通過對“云計算”的概念、原理、特性等方面的研究以及現有音頻管理技術方法的探討，云計算在音頻壓縮中的應用，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、缺點后，本文，筆者將云計算技術應用于結合音頻管理中并充分發揮各音頻壓縮方法的優勢，利用各網絡資源，提出了基于云計算的音頻文件管理模式。筆者下一步將對基于云計算的音頻文件管理的技術實現做進一步研究。

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