視頻轉碼技術(shù)與系統要求相匹配

音視頻轉碼曾被視為一種直接的、傳統的處理過(guò)程，可將源視頻編碼，生成略差于原始未壓縮內容的版本，然后將其重新解碼為傳輸或觀(guān)看所要求的格式。

隨著(zhù)視頻壓縮算法種類(lèi)的日益豐富，且越來(lái)越多的低成本消費類(lèi)系統也都開(kāi)始支持視頻功能，工程師肩負著(zhù)設計出兼具低成本與良好視頻性能系統的重擔，因此必須認真審視上述這種簡(jiǎn)單模式匹配算法(brute force approach)。盡管這種方法能產(chǎn)生高質(zhì)量視頻效果，但由于視頻偽像被當作有效數據包含在編碼中，視頻質(zhì)量會(huì )隨著(zhù)每個(gè)編碼／解碼循環(huán)操作而遞減。此外，該算法還存在其他缺點(diǎn)。

● 對處理器要求高：在算法效率不斷提高的同時(shí)，其復雜性也越來(lái)越高，需要更高的處理能力，尤其是在需要實(shí)時(shí)轉換的情況下。

● 對存儲器資源要求高：解碼／編碼操作通常需要將被解碼的數據存儲在存儲器中，而額外的存儲器則會(huì )增加系統的材料清單成本。尤其對那些價(jià)格敏感型消費類(lèi)產(chǎn)品而言，這將關(guān)系到產(chǎn)品在市場(chǎng)中的成敗。

移動(dòng)設備上的視頻回放功能就是一個(gè)需要減少處理器負載以及節約存儲器資源的很好應用實(shí)例。盡管手機本身不進(jìn)行轉碼工作，而只是在視頻點(diǎn)播(VoD)服務(wù)器或視頻網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行轉碼，但移動(dòng)電視／移動(dòng)視頻電話(huà)仍然還受其他五點(diǎn)限制，分別是：

● 網(wǎng)絡(luò )帶寬；

● 移動(dòng)電話(huà)的處理能力；

● 顯示屏分辨率；

● 存儲器容量；

● 移動(dòng)電話(huà)的能耗，人們往往不把這一因素視為視頻回放所要考慮的條件。

盡管移動(dòng)視頻設備的處理能力一代比一代強大，但用手持設備捕獲的HD或SD視頻全都需要處理，這樣才能被網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器上的終端設備播放。表1給出了不同視頻編碼參數對解碼設備所需資源選擇的大致影響。該表專(zhuān)門(mén)對采用運動(dòng)補償與離散余弦變換(DCT)技術(shù)實(shí)現視頻壓縮的基于塊的視頻編解碼器進(jìn)行了分析。

表1 編碼參數的影響

對上述關(guān)鍵參數稍加修改，就會(huì )產(chǎn)生迥異的結果。降低細節解析度（可在編碼進(jìn)程中通過(guò)提高量化因數來(lái)實(shí)現）可將視頻解碼的能耗降低75%～85%，但視頻質(zhì)量?jì)H下降5%～13%。

轉碼技術(shù)的選擇
過(guò)去幾年來(lái)，業(yè)界針對轉碼工作提出了幾種不同的方法，可提高處理與存儲器資源的使用效率。大多數這種方案都建立在這樣一種認識基礎之上，即我們能通過(guò)更先進(jìn)的技術(shù)對初始編碼過(guò)程中創(chuàng )建的量子化和頻率域信息進(jìn)行修改，更好地加以利用，摒棄其中無(wú)用的東西，而不必簡(jiǎn)單地對原始視頻內容進(jìn)行重構。

換言之，就是說(shuō)既可摒棄某些信息，也可在來(lái)源與目標之間轉換頻率域信息，而無(wú)須進(jìn)入像素域進(jìn)行解碼。

具體而言，傳統方案的最重要優(yōu)勢在于，其交付的視頻與原始視頻內容相比具有極高的保真度。因此，如果采用其他的轉碼技術(shù)，那么就需在保證盡可能高的視頻質(zhì)量的同時(shí)，還要降低對系統處理功能和存儲器資源的要求。只有讓轉碼技術(shù)與特定的應用相匹配，才能實(shí)現上述目標。

通常說(shuō)來(lái)，轉碼可采用三種通用方案或架構，以下給出每種方案的簡(jiǎn)單定義及其比較評定。

● 松弛耦合轉碼器：這種轉碼技術(shù)大多數采用解碼的輸入視頻中的運動(dòng)矢量和其他附屬信息進(jìn)行編碼。再編碼過(guò)程可對運動(dòng)矢量進(jìn)行微調，或根據編碼要求進(jìn)行更高效的運動(dòng)矢量計算。該方法消除了去耦轉碼器所面臨的復雜計算問(wèn)題，同時(shí)還能實(shí)現幾乎相同的視頻質(zhì)量。

● 緊密耦合轉碼：再編碼通過(guò)采用運動(dòng)矢量實(shí)現，并且無(wú)須進(jìn)入像素域對運動(dòng)矢量信息進(jìn)行再計算。轉碼工作也可在轉換域中進(jìn)行。這里需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是，由于這種方法根本不進(jìn)行運動(dòng)再估計，因此不能更改分辨率。這種方法最大程度地降低了對存儲器和處理器的要求，但代價(jià)是降低了畫(huà)質(zhì)。緊密耦合轉碼算法難以制定，但可根據具體要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

● 碼率轉換器：在轉換域對位流進(jìn)行部分解碼，并用網(wǎng)絡(luò )可支持的所需比特率對位流進(jìn)行再編碼。視頻格式在轉碼流過(guò)程中不發(fā)生變化，無(wú)須逆變換，且在頻率域進(jìn)行再量化。通常采用這種方法來(lái)解決具體的問(wèn)題。例如，線(xiàn)纜頭端的通道容量在線(xiàn)纜廠(chǎng)已衰減，但又需要確保向終端設備傳輸的視頻質(zhì)量和分辨率基本不變。

圖1 應用中最常用的松弛耦合轉碼器的典型流程圖

使轉碼器與應用相匹配
在諸如機頂盒、視頻會(huì )議、IPTV以及一些VoD等對畫(huà)質(zhì)要求較高的應用中，通常采用去耦和松弛耦合轉碼技術(shù)。決定采用何種轉碼技術(shù)需要評估特定應用的預期表現與存儲器帶寬。