廣播電視中實時轉碼技術的應用

黎展鵬

摘 要 在物質生活不斷提升的同時，人們對業余文化生活的要求也發生了變化，以此為背景，廣播電視得到迅猛發展。面對新時期人們對廣播電視節目的不同需求，探尋實時轉碼技術在廣播電視中的應用，對廣播電視中實時轉碼技術的發展具有重要意義。因此，文章在總結轉碼技術主要功能的基礎之上，對廣播電視中實時轉碼技術的應用進行分析。

關鍵詞 廣播電視；實施轉碼；技術應用；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

在廣播電視的發展中，為了實現不同視頻格式、不同設備、不同網絡之間的兼容，滿足不同終端對廣播電視節目的不同需求，視頻轉碼技術得到較為廣泛的應用。轉碼即視頻格式之間的轉換。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目信息，逐漸成為廣播電視發展的制約因素。為滿足人們對業余文化生活的需求，在保證畫面質量的前提下，降低網絡帶寬資源與存儲空間的消耗，亟需一種適應行業發展的實時轉碼技術，提高視頻節目編碼的質量。

1 視頻轉碼技術的含義及分類

視頻轉碼技術是通過某種手段改變現有的視頻數據的編碼方式，基于轉碼技術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，實現多媒體數據的靈活訪問與靈活傳輸。在三網融合的背景下，視頻轉碼技術被應用到廣播電視中，并逐漸趨于成熟。基于“不同終端的視頻業務質量的標準也有所差異”這一特點，在廣播電視的發展中，轉碼技術扮演著越來越重要的角色。

分析視頻轉換編碼的適應范圍，分別為碼率轉換、分辨率轉換、語法轉換。碼率在一定程度上決定了視頻的質量，在廣播電視與網絡傳輸中碼率轉換較為常用，以達到節省帶寬、兼容數字廣播中的特定級等目的。分辨率的轉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碼與空間分辨率的轉碼。在輸入與轉碼后的碼流所遵循的壓縮標準不同時，需要用到語法轉碼。在視頻轉碼技術中，使用目的不同，其實現的方法也有所不同，一般分為以下兩類：

1）不同編碼格式之間的數據轉碼。此類轉碼通過相應的實現手段改變視頻數據的編碼格式，將導致視頻數據的分辨率與碼流發生變化，其轉碼過程實際上為重新編碼的過程，轉碼前后兩種編碼方式的相關度與轉碼后的圖像質量決定了轉碼算法的復雜度與系統開銷。

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

2 視頻轉碼方式

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

2.1 單機式轉碼

使用單一的轉碼服務器進行視頻的轉碼。此種方式具有易于實現的優勢，但因轉碼速度慢，轉碼效率低，并不適用于高并發轉碼任務或大量視頻的轉碼。

2.2 分布式轉碼

使用多臺轉碼服務器，借助分布式技術進行轉碼。分布式轉碼的優勢在于可實現并行轉碼，提高轉碼效率，具有較強的擴展性，能夠應付海量的視頻轉碼任務，但需要充分考慮視頻的分段以及合并，以及海量任務下的調度與異常處理等，因而實現過程較為復雜。

2.3 基于云計算轉碼

借助云計算技術進行轉碼。此種方式的優勢在于實現方法靈活、輸出質量高，能夠滿足實時轉碼的相關要求，但該轉碼方式下的算法具有較高的復雜度，計算量較大。基于云計算技術，則可很好的彌補視頻轉碼技術的缺點。

3 分布式視頻轉碼技術在廣播電視中的應用

本小節以基于Hadoop框架的轉碼方案為例，分析分布式視頻轉碼系統的應用。

就分布式視頻轉碼系統的任務來看，主要包括視頻處理、任務分配與視頻存儲，其中，視頻處理主要有視頻的轉碼、分割以及合并等。運用實時轉碼技術，在電視節目供應時增加實時轉碼平臺，形成實時轉碼體系構架，實現內容的統一管理。基于此，用戶可通過不同終端使用視頻業務，播放電視節目。

分析分布式視頻轉碼系統的組成，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。視頻處理模塊負責完成視頻的切割、合并、傳輸與任務的分配；異常處理模塊負責轉碼失敗的視頻片段的處理與節點的時效處理；負載均衡模塊則主要依據節點的資源狀況實現最大價值的任務分配與選擇。

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，但轉碼過程中可出現負荷過大的情況；直接將原始視頻進行切分，忽略了視頻段之間的關聯性，可能出現轉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。

在視頻轉碼的過程中，主要占用系統的硬件資源，即計算機剩余CPU與RAM之間的比例。在傳統的視頻存儲中，通常將視頻存放于同一磁盤，在某一時段，若出現訪問用戶過多的情況，可發生阻塞，進而影響視頻的傳輸速度與視頻播放的流暢度。基于分布式視頻轉碼系統，在提供分布式視頻轉碼服務的同時，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目點播的流暢。

4 基于云計算的實時轉碼技術的應用

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

視頻轉碼的目的在于轉換視頻的時間分辨率、空間分辨率、編碼格式、碼率等。視頻碼率轉換的目的在于調整視頻的碼率以符合相關傳輸要求，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。

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

云計算技術包含MapReduce技術、Bigtable技術、HDFS技術。MapReduce技術屬于一種分布式計算模型，能夠滿足巨量（TB級別）數據業務的處理，該技術在具體應用的過程中，應當進一步考慮任務的顆粒度與容錯機制，以達到最大計算性能。Bigtable技術屬于一種分布式數據庫，能夠滿足海量（PB級別）數據業務的處理，具有很好的可擴展性、適用性。HDFS分布式文件系統是一種基于流模式的數據訪問文件系統，可支持海量（PB級別）數據業務的處理。

通過云計算轉碼技術的應用，形成新的實時轉碼體系架構，當用戶在不同的移動終端上播放視頻時，可通過云轉碼平臺完成視頻的實時轉碼與視頻的獲取。分析基于云計算的視頻轉碼的體系架構，主要由應用終端、視頻業務系統、統一內容管理系統與云轉碼平臺構成。

統一內容管理系統主要負責視頻內容的發布、獲取與元數據的管理；在視頻業務系統中，主要包括業務管理系統、業務能力系統、視頻門戶等，負責電視節目的直播、點播與回看等流媒體服務，以及視頻業務的管理、認證等；云轉碼平臺包括云轉碼能力與視頻轉碼倉庫。云轉碼平臺的架構設計借助云計算的關鍵技術，即采用Bigtable技術對視頻數據與轉碼后的內容進行存儲，獲取各種類型的碼流，將視頻編碼幀逐幀存放于數據庫；采用MapReduce技術對切片視頻幀進行并行轉碼，以便快速讀取與復制；采用HDFS分布式文件系統對轉碼中間文件與Bigtable表進行存儲，方便轉碼文件的快速訪問與復制。

5 結論

在廣播電視的發展中，轉碼技術具有極為重要的作用。基于廣播電視中實時轉碼平臺的可擴展性與高效性等發展需求，在業務運營的過程中，為促進廣播電視的發展、適應用戶的需求、改善用戶的體驗、加快運營的效率，應當密切關注分布式技術與云計算技術等在廣播電視中的應用效果，積極探尋有效的應用方法。

參考文獻

[1]謝璞.廣播電視中實時轉碼技術的應用[J].西部廣播電視，2015（11）：193.

[2]潘登，李川.視頻實時轉碼方法的研究與比較[J].數字技術與應用，2016（2）：97.

[3]李偉.云轉碼技術實現廣電業務的多屏延伸[J].有線電視技術，2015（8）：55-57.

[4]趙紫路，施偉凡，李仁杰，等.云南廣播電視臺云轉碼平臺構建[J].現代電視技術，2017（1）：60-62.