一、分段式轉(zhuǎn)碼方案的原理

(一)分段式轉(zhuǎn)碼的原理

視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)，是在通過某種手段改變現(xiàn)有視頻數(shù)據(jù)的編碼方式。大體可以分為不同編碼格式之間的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼不同編碼格式之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼和相同編碼格式之間的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼相同編碼格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼兩種。分段式轉(zhuǎn)碼的特點是在轉(zhuǎn)碼前將待轉(zhuǎn)視頻文件拆分為多個小段，然后分別對這多個小段進行視頻轉(zhuǎn)碼得到多個小段目標(biāo)視頻，再封包成一整段完整的目標(biāo)視頻。

(二)分段式轉(zhuǎn)碼方案的優(yōu)勢

1.在轉(zhuǎn)碼單個視頻時可以最大化利用轉(zhuǎn)碼機器的性能，可以根據(jù)單臺轉(zhuǎn)碼機器或多臺轉(zhuǎn)碼機器設(shè)置分段數(shù)量，從而縮短總的轉(zhuǎn)碼時間。

目前的轉(zhuǎn)碼方案都是可以多路任務(wù)并列轉(zhuǎn)碼的，當(dāng)遇到單個視頻文件轉(zhuǎn)碼時，只能使用一路轉(zhuǎn)碼通道，閑置的剩余通道的轉(zhuǎn)碼能力，效率較低。而分段式轉(zhuǎn)碼可以將單個視頻分成多個小段，充分利用目前轉(zhuǎn)碼方案的轉(zhuǎn)碼能力。

2.在轉(zhuǎn)碼“4K”視頻時可以縮短轉(zhuǎn)碼時間，提高轉(zhuǎn)碼效率。目前視頻轉(zhuǎn)碼都是通過轉(zhuǎn)碼軟件，由CPU或GPU計算完成轉(zhuǎn)碼。軟件轉(zhuǎn)碼對機器的配置要求較高，轉(zhuǎn)碼效率低，單路轉(zhuǎn)碼只能用到1-2個CPU核心，并不能發(fā)揮現(xiàn)在CPU多核心的性能，而分段式轉(zhuǎn)碼可以通過多個轉(zhuǎn)碼進程同時分段轉(zhuǎn)碼來縮短總的轉(zhuǎn)碼時間，提高轉(zhuǎn)碼效率。

3.分段轉(zhuǎn)碼容錯率高。視頻轉(zhuǎn)碼實際上就是對視頻信號進行二次編碼處理的過程，二次編碼面臨的條件比一次編碼更為復(fù)雜，它的前端很可能不再是一個原始的未經(jīng)處理的圖像信號，而是通過某種編碼方式處理后壓縮信號，在轉(zhuǎn)碼過程中難免會出現(xiàn)一些常見的轉(zhuǎn)碼錯誤，如音視頻不同步，視頻馬賽克，音頻失真等，這些錯誤往往只有幾幀或幾秒鐘。對于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)碼方案，只能重新進行轉(zhuǎn)碼，來確保目標(biāo)視頻的正確性。而分段式轉(zhuǎn)碼可以針對問題視頻段進行單獨重新轉(zhuǎn)碼，替換問題視頻段后再次封包視頻，從而縮短視頻糾錯時間，提高轉(zhuǎn)碼效率。

二、分段式轉(zhuǎn)碼方案的研究

(一)視頻分段方案

視頻分段即將視頻分割成多個片段。為降低視頻在轉(zhuǎn)碼過程中多次轉(zhuǎn)碼造成的損耗，視頻分割的過程應(yīng)選用無損分割的方式。選擇分段工具——例如開源軟件BoilsoftVideoSplitterPortable，可將視頻無損等時拆封成多個小段，無需轉(zhuǎn)碼，拆分時間短，操作簡單。

(二)分段視頻的轉(zhuǎn)碼、編碼方案

一段完整的視頻往往由視頻、音頻兩部分組成，再由一個容器將音視頻封裝在一起。這樣，視頻轉(zhuǎn)碼的過程其實包含了視頻編碼、音頻編碼、音視頻封裝三個步驟。所謂視頻編碼方式就是指通過特定的壓縮技術(shù)，將某個視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。視頻流傳輸中最為重要的編解碼標(biāo)準(zhǔn)有國際電聯(lián)的H.261、H.263、H.264以及最新的H.265，運動靜止圖像專家組的M-JPEG和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織運動圖像專家組的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)，此外在互聯(lián)網(wǎng)上被廣泛應(yīng)用的還有Real-Networks的RealVideo、微軟公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。

目前IPTV點播業(yè)務(wù)使用的視頻、音頻流編碼方案是h264+aac的組合。未來4K音視頻內(nèi)容則是使用H.265編碼方案。拆分后的多段視頻使用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)碼方案(計算機軟件轉(zhuǎn)碼和轉(zhuǎn)碼工作站離線轉(zhuǎn)碼)的同時，最大化利用現(xiàn)有轉(zhuǎn)碼方案的資源，提高轉(zhuǎn)碼效率的，得到符合IPTV點播標(biāo)準(zhǔn)的編碼視頻片段。

例如：計算機軟件轉(zhuǎn)碼方案

將需轉(zhuǎn)碼視頻文件拆分后的10小段視頻存儲在網(wǎng)絡(luò)共享盤，分別使用5臺計算機同時讀取轉(zhuǎn)碼，每臺計算機轉(zhuǎn)碼2段視頻，轉(zhuǎn)碼后的視頻都統(tǒng)一存放于網(wǎng)盤共享盤，當(dāng)10段視頻轉(zhuǎn)碼完成，再進行合并，得到一個完整的轉(zhuǎn)碼后的視頻文件。

(三)視頻合成封包方案

視頻封裝格式(也叫容器)，就是將已經(jīng)編碼壓縮好的視頻軌和音頻軌按照一定的格式放到一個文件中，常見的封裝格式與編碼方式有AVI、TS、RMVB、MKV、ASF、WMV、MP4、3GP、FLV等，我們以目前IPTV點播業(yè)務(wù)使用較多的封裝格式有TS和MP4為例。

1. TS封裝。 使用開源軟件tsMuxerGUI，按順序添加轉(zhuǎn)碼完成的10段目標(biāo)視頻片段，將多段視頻整合成一段后綴名為.ts格式的視頻；

2. MP4封裝。使用開源軟件MP4Box，按順序添加轉(zhuǎn)碼完成的10段目標(biāo)視頻片段，將多段視頻整合成一段后綴名為.mp4格式的視頻。

(四)分段式轉(zhuǎn)碼方案工作示意圖

(如圖1)

三、分段式轉(zhuǎn)碼方案的應(yīng)用

(一)分段式轉(zhuǎn)碼在時間較長的視頻轉(zhuǎn)碼上的應(yīng)用

圖1

時間較長的視頻是指節(jié)目時間較長的視頻，如各大衛(wèi)視、央視的晚會類節(jié)目，專題類節(jié)目，以及綜藝類節(jié)目等，一般情況下節(jié)目時長會在 3-4 個小時。這類節(jié)目在平時制作時比較耗費時間，如果在轉(zhuǎn)碼過程中遇到問題就必須重新轉(zhuǎn)碼，而分段式轉(zhuǎn)碼方案的應(yīng)用可以很好的解決這類視頻的轉(zhuǎn)碼問題。

分段式轉(zhuǎn)碼方案時間較長的視頻節(jié)目轉(zhuǎn)碼工作示意圖：(如圖2)

圖2

圖3

(二)分段式轉(zhuǎn)碼方案在“4K”視頻轉(zhuǎn)碼上的應(yīng)用

“4K”視頻是指分辨率為4096×2160的視頻文件，故又被稱之為2160P，即橫向有4096個像素，縱向有2160個像素，其總像素超過了800萬，是目前常用高清標(biāo)準(zhǔn)1080P的4倍。清晰度的提升也就意味著數(shù)據(jù)量的增加，轉(zhuǎn)碼過程中對機器性能要求和轉(zhuǎn)碼需要的時間也必然增加。目前的轉(zhuǎn)碼方案可用計算機通過轉(zhuǎn)碼軟件Aiseesoft4KConverter來實現(xiàn)，但轉(zhuǎn)碼時耗長，并不能滿足日常工作的需要。而分段式轉(zhuǎn)碼方案的應(yīng)用可以很好的解決這類視頻的轉(zhuǎn)碼問題。

分段式轉(zhuǎn)碼方案“4K”視頻節(jié)目轉(zhuǎn)碼工作示意圖：(如圖3)

四、總結(jié)

結(jié)合前面談到的兩種不同的轉(zhuǎn)碼需求中分段式轉(zhuǎn)碼方案的應(yīng)用，不難看出分段式轉(zhuǎn)碼方案對于不同的應(yīng)用環(huán)境都能選擇合適的轉(zhuǎn)碼方式以便達到最高效的轉(zhuǎn)碼效果。分段式轉(zhuǎn)碼方案整合了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)碼資源，對其進行重新組合，最大限度發(fā)揮其性能，在單個視頻文件的快速的轉(zhuǎn)碼的工作需求中，提供了一個可靠、高效的轉(zhuǎn)碼方案。

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