基于IPTV点播业务的视频分段式转码方案的研究与应用

一、分段式转码方案的原理

(一)分段式转码的原理

视频转码技术，是在通过某种手段改变现有视频数据的编码方式。大体可以分为不同编码格式之间的视频数据转码不同编码格式之间的数据转码和相同编码格式之间的视频数据转码相同编码格式的数据转码两种。分段式转码的特点是在转码前将待转视频文件拆分为多个小段，然后分别对这多个小段进行视频转码得到多个小段目标视频，再封包成一整段完整的目标视频。

(二)分段式转码方案的优势

1.在转码单个视频时可以最大化利用转码机器的性能，可以根据单台转码机器或多台转码机器设置分段数量，从而缩短总的转码时间。

目前的转码方案都是可以多路任务并列转码的，当遇到单个视频文件转码时，只能使用一路转码通道，闲置的剩余通道的转码能力，效率较低。而分段式转码可以将单个视频分成多个小段，充分利用目前转码方案的转码能力。

2.在转码“4K”视频时可以缩短转码时间，提高转码效率。目前视频转码都是通过转码软件，由CPU或GPU计算完成转码。软件转码对机器的配置要求较高，转码效率低，单路转码只能用到1-2个CPU核心，并不能发挥现在CPU多核心的性能，而分段式转码可以通过多个转码进程同时分段转码来缩短总的转码时间，提高转码效率。

3.分段转码容错率高。视频转码实际上就是对视频信号进行二次编码处理的过程，二次编码面临的条件比一次编码更为复杂，它的前端很可能不再是一个原始的未经处理的图像信号，而是通过某种编码方式处理后压缩信号，在转码过程中难免会出现一些常见的转码错误，如音视频不同步，视频马赛克，音频失真等，这些错误往往只有几帧或几秒钟。对于现有的转码方案，只能重新进行转码，来确保目标视频的正确性。而分段式转码可以针对问题视频段进行单独重新转码，替换问题视频段后再次封包视频，从而缩短视频纠错时间，提高转码效率。

二、分段式转码方案的研究

(一)视频分段方案

视频分段即将视频分割成多个片段。为降低视频在转码过程中多次转码造成的损耗，视频分割的过程应选用无损分割的方式。选择分段工具——例如开源软件BoilsoftVideoSplitterPortable，可将视频无损等时拆封成多个小段，无需转码，拆分时间短，操作简单。

(二)分段视频的转码、编码方案

一段完整的视频往往由视频、音频两部分组成，再由一个容器将音视频封装在一起。这样，视频转码的过程其实包含了视频编码、音频编码、音视频封装三个步骤。所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263、H.264以及最新的H.265，运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。

目前IPTV点播业务使用的视频、音频流编码方案是h264+aac的组合。未来4K音视频内容则是使用H.265编码方案。拆分后的多段视频使用现有的转码方案(计算机软件转码和转码工作站离线转码)的同时，最大化利用现有转码方案的资源，提高转码效率的，得到符合IPTV点播标准的编码视频片段。

例如：计算机软件转码方案

将需转码视频文件拆分后的10小段视频存储在网络共享盘，分别使用5台计算机同时读取转码，每台计算机转码2段视频，转码后的视频都统一存放于网盘共享盘，当10段视频转码完成，再进行合并，得到一个完整的转码后的视频文件。

(三)视频合成封包方案

视频封装格式(也叫容器)，就是将已经编码压缩好的视频轨和音频轨按照一定的格式放到一个文件中，常见的封装格式与编码方式有AVI、TS、RMVB、MKV、ASF、WMV、MP4、3GP、FLV等，我们以目前IPTV点播业务使用较多的封装格式有TS和MP4为例。

1. TS封装。 使用开源软件tsMuxerGUI，按顺序添加转码完成的10段目标视频片段，将多段视频整合成一段后缀名为.ts格式的视频；

2. MP4封装。使用开源软件MP4Box，按顺序添加转码完成的10段目标视频片段，将多段视频整合成一段后缀名为.mp4格式的视频。

(四)分段式转码方案工作示意图

(如图1)

三、分段式转码方案的应用

(一)分段式转码在时间较长的视频转码上的应用

图1

时间较长的视频是指节目时间较长的视频，如各大卫视、央视的晚会类节目，专题类节目，以及综艺类节目等，一般情况下节目时长会在 3-4 个小时。这类节目在平时制作时比较耗费时间，如果在转码过程中遇到问题就必须重新转码，而分段式转码方案的应用可以很好的解决这类视频的转码问题。

分段式转码方案时间较长的视频节目转码工作示意图：(如图2)

图2

图3

(二)分段式转码方案在“4K”视频转码上的应用

“4K”视频是指分辨率为4096×2160的视频文件，故又被称之为2160P，即横向有4096个像素，纵向有2160个像素，其总像素超过了800万，是目前常用高清标准1080P的4倍。清晰度的提升也就意味着数据量的增加，转码过程中对机器性能要求和转码需要的时间也必然增加。目前的转码方案可用计算机通过转码软件Aiseesoft4KConverter来实现，但转码时耗长，并不能满足日常工作的需要。而分段式转码方案的应用可以很好的解决这类视频的转码问题。

分段式转码方案“4K”视频节目转码工作示意图：(如图3)

四、总结

结合前面谈到的两种不同的转码需求中分段式转码方案的应用，不难看出分段式转码方案对于不同的应用环境都能选择合适的转码方式以便达到最高效的转码效果。分段式转码方案整合了现有的转码资源，对其进行重新组合，最大限度发挥其性能，在单个视频文件的快速的转码的工作需求中，提供了一个可靠、高效的转码方案。

参考文献：

[1]张锐.数字电视转码技术的研究[J].计算机光盘软件与应用，2012(9).

[2]龚珏，贺林龙.“4K”技术带来的变化[J].艺海，2014(8).

[3]崔澎.未来的视频依赖转码技术[J].电子产品世界，2008，7.