基于H.264的群集轉碼系統(tǒng)的設計

1、基于H.264的聚集轉碼體系的方案摘要本文在深化研究最新的H.264編碼技能的底子上方案并實現(xiàn)了一種面向插件式辦事架構的聚集主動批量轉碼體系。重要先容了H.264的編碼技能，提出了體系軟硬件的架構、焦點成效模塊的方案頭腦而且簡樸闡發(fā)了在IPTV范疇的應用遠景。體系安身于消費理論，順應從大范圍轉碼工場作業(yè)到小范圍轉碼事情的差異級別的應用，具有很高的消費有用代價。關鍵詞交互式網(wǎng)絡電視H.264聚集轉碼幀內(nèi)猜測幀間猜測離散余弦變更1概述隨著信息技能的生長，視頻編解碼技能的應用變得越來越普及，在Vd視頻點播視頻監(jiān)控可視 及網(wǎng)絡交互電視IPTV等范疇都有了很普及的應用。H.264是繼PEG4以后推出的新

2、一代視頻壓縮尺度，它較PEG4在劃一圖像質量的底子上有更高的壓縮比，節(jié)省了網(wǎng)絡帶寬，而且提供了更好的網(wǎng)絡順應性，得到了數(shù)字電視、網(wǎng)絡交互電視等財產(chǎn)的普及存眷。本文在深化研究H.264編碼技能的底子上，方案了聚集轉碼體系。該體系集主動批量轉碼、主動監(jiān)控可通過ebap多種方法提供、主動存儲、查詢等成效于一體，為IPTV、視頻點播等財產(chǎn)提供了高效的節(jié)目壓抑體系。本體系辦理了影片編碼格式轉換事情中泯滅人力、硬件本錢昂揚、轉換服從低下的現(xiàn)實題目，具有很強的理論應用性。本文重要包羅以下三個部門：H.264焦點技能先容、體系架構方案及關鍵實現(xiàn)、體系的應用2.264焦點技能簡介H.264是JVT構造JintV

3、ideTea訂定出的一個新的視頻編碼尺度，它具有高壓縮比、高圖像質量、精良的網(wǎng)絡順應性等長處。與其他編碼尺度比擬，它也是猜測編碼和變更編碼結合的基于塊的混淆編碼。其根本布局與其他尺度很相似。然而它又在許多環(huán)節(jié)上接納了新技能，有了新的革新，重要焦點技能有以下幾點：2.1幀內(nèi)編碼在H.264中，充實利用圖像的空間冗余性，增長了幀內(nèi)猜測編碼，縱然用當前幀內(nèi)已編碼的宏塊或塊的亮度和色度值來猜測當前編碼的宏塊，詳細來說就是當前編碼塊的左方和上方的塊或宏塊，然后將其猜測偏向舉行編碼，如許就可以利用只管少的比特數(shù)來表現(xiàn)目的宏塊。按照差異的塊巨細，猜測要擁有所差異：4*4塊有九種猜測方法：如下左圖a-p為當前

4、編碼宏塊；右圖為幾種差異標的目的的猜測方法圖1此中形式2為D猜測，利用(A+B+D+I+J+K+L)3來得到。16*16和8*8那么都有四種猜測形式，別離為垂直程度D猜測和Plane猜測，只是形式的挨次略有差異。幀內(nèi)猜測編碼大大淘汰了空間的冗余，更有用于配景比力單一的圖像。2.2多參考幀猜測編碼H.264提供了可選的多參考幀猜測技能，即在編碼器的緩存中存有多個方才編碼好的參考幀,編碼器選擇此中一個編碼結果好的作為當前幀的參考鄭H.264可支持5個猜測參考幀編碼，提供了更高的容錯性能，同時也有用進步了圖像質量。2.31/4精度的活動預計之前的H.263接納了半像素精度的活動預計獲得了精良的結果，

5、H.264那么進一步接納了1/4像素精度的活動預計。H.264中的1/4像素精度是通過內(nèi)插來得到的。譬如說對付亮度重量，起首通過一個六插頭的濾波器，算出1/2像素的內(nèi)插值，權值為1/32，-5/32，5/8，5/8，-5/32，1/32，然后再舉行線性內(nèi)插求出1/4像素值。理論上，活動預計的精度增長一倍比方從整像素精度進步到1/2像素精度，可有0.5bit/Saple的編碼增益，但現(xiàn)實驗證創(chuàng)造，在活動矢量精度凌駕1/8像素后，體系根本上就沒有顯著增益了，因此，在H.264中，只接納了1/4像素精度的活動矢量形式，而不是接納1/8像素的精度。2.44*4整數(shù)DT變更以往的DT變更會帶來一些負效應

6、，如浮點運算增長了編碼器的盤算龐大度，同時帶來了由于浮點數(shù)精度題目帶來的編解碼不匹配。為了辦理這些題目，H.264把本來的離散余弦變更DT改變?yōu)榻频恼麛?shù)變更，在量化歷程中整合了變更系數(shù)，使本來必需用浮點運算舉行的余弦函數(shù)運算，可用整數(shù)運算舉行。同時還減少了系數(shù)的種類，使得變更歷程中只用到加法和移位運算，使運算量淘汰。別的，在H.264中接納4*4巨細的塊，淘汰了塊效應。接納整數(shù)DT變更進步了猜測精度，低落了殘差信號空間相干性，只需較少的盤算量和較小的處置懲罰碼長，且消除了編碼器息爭碼器之間的失配，進步了圖像回放質量。2.5可變塊巨細在H,264中，一個宏塊可以按照必要被分成差異巨細的七種形式

7、的塊如以下圖所示：圖2如許的分別具有更強的機動性，得當差異的圖像特點，譬如說細節(jié)比力富厚的圖像塊可以進一步分別成4個4*4的塊，而比力平展的宏塊，那么可看成一個16*16的塊處置懲罰。如許就能較好的保持圖像的細節(jié)。然而，對付差異分別以及差異參考幀的差異猜測形式應有一個同一的判斷尺度，來確定最優(yōu)的形式，如今比力普及利用的形式判斷尺度即為RD領先失真優(yōu)化：Jde(s,|Q,de)=SSD(s,|Q)+deR(s,|Q)式中:為重修塊;R包羅對宏塊編碼的全部比特;SSD(sufsquareerrr)為當前塊和重修塊的差值的平方和。得到重修塊必要對殘差舉行變更和量化與反量化反變更,其歷程較龐大。2.6

8、基于內(nèi)容的自順應可變長編碼和自順應算術編碼H.264與PEG-2和PEG-4的差異還存在于糾錯編碼塊中，H.264的糾錯編碼為內(nèi)容自順應可變長度碼AVL和內(nèi)容自順應二進制算法編碼ABA，能進步糾錯本領。而PEG-2和PEG-4為霍夫曼編碼。2.7去塊效應濾波作為一種新的編碼尺度，H.264在編碼服從、圖像質量、網(wǎng)絡順應性和抗誤碼方面獲得了樂成。以是在數(shù)字電視、網(wǎng)絡電視、DVD等范疇中得到了普及的應用。3體系方案與實現(xiàn)聚集轉碼體系是針對IPTV網(wǎng)絡交互電視重要業(yè)務應用VD視頻點播的節(jié)目的制作提出的。該體系旨在實現(xiàn)節(jié)目源高效批量的制作。體系軟件方案為插件式體系平臺+插件辦事+應用體系的布局，來包管

9、體系的機動性、結實性和可擴展性。3.1體系架構原理體系架構如圖3所示：圖3如上圖中所示，體系辦事平臺包羅編解碼器插件主動擺設、轉碼調(diào)理、插件辦事創(chuàng)造及注冊、插件工場和各成效模塊之間通訊的通訊協(xié)議以及聚集轉碼操縱及辦理體系等幾大焦點成效模塊。編解碼器辦理器插件作為詳細編解碼器實現(xiàn)與體系的中心層，賣力種種編解碼器的辦理成效并署理編解碼器完成轉碼事情。片源提供、影片存儲、影片預覽和詳細解碼器實現(xiàn)等插件之間通過插件辦事創(chuàng)造及注冊成效接洽到體系中，利用當?shù)鼗蚓W(wǎng)絡通訊協(xié)議在平臺的和諧下事情。體系中的插件點不但僅界說在焦點平臺中，在插件中也界說差異的插入點，插入點表現(xiàn)了體系成效流程的關鍵點，體系與插件或插件

10、與插件之間的依靠同一通過插件辦理器辦理。另，全部插件均須編譯為動態(tài)鏈接庫情勢。在如許的架構下，整個轉碼體系的成效被疏松耦合地構造起來，是面向辦事架構的表現(xiàn)。用戶不但可以簡樸隨意地更換或增長差異的成效插件到體系中，更可以輕松地實現(xiàn)整個體系的會合或漫衍式擺設。由此可見，體系平臺為各個插件之間透明協(xié)同事情提供了的精良底子，辦理了轉碼體系中各個成效模塊之間的精細耦合，是體系的根本焦點架構。3.2插件辦事的創(chuàng)造、注冊和調(diào)用各個插件辦事在主體系平臺中被注冊成為當?shù)鼗蜷L途兩種范例。當?shù)夭寮才旁谔囟ㄍ緩较?，由體系平臺主動加載；長途插件辦事通過特定網(wǎng)絡通訊協(xié)議主動探求，如Ativity圖4所示。圖4一樣平常環(huán)

11、境下，體系中實行轉碼事情的各個插件辦事于會合操縱和調(diào)理模塊是別離擺設在差異的辦事器和事情站中的，在主體系平臺操縱調(diào)理或分體系平臺轉碼、片源等啟動時會主動實行插件辦事的注冊操縱，體系會為已樂成注冊的插件辦事分派差異的調(diào)用接口。插件模塊實現(xiàn)特定的插件接口，在必要利用插件辦事的成效時，利用抽象工場形式同一由插件辦理器提供調(diào)用接口。對付當?shù)胤独寮脛討B(tài)共享庫加載函數(shù)dlpen()加載插件模塊后直接提供辦事；對付長途插件辦事，辦事提供端動態(tài)加載插件后，啟動辦事哀求監(jiān)聽模塊，在辦事調(diào)用端，插件辦理器為調(diào)用提供相應插件辦事署理實現(xiàn)。比方長途影片提取插件辦事的調(diào)用如下lass圖5所示。圖53.3影片轉碼

12、調(diào)理模塊轉碼調(diào)理模塊是體系中的焦點事情模塊，賣力和諧數(shù)據(jù)提娶Ender/Deder、存儲等事情。此模塊中界說的插入點有：影片數(shù)據(jù)提娶影片存儲、編碼轉換、事情方法決議、編碼進度操縱等。此中“事情方法決議插入點的差異插件實現(xiàn)決定了體系在實行DVD轉碼事情時選擇利用“漫衍式轉碼或“散集并行轉碼，如下所述。漫衍式轉碼操縱：漫衍式轉碼是將多部影片轉碼使命分派給多臺轉碼事情站完成轉碼，有用于批量轉換的使命，影片轉換使命所必要的時間相對結實。散集并行轉碼操縱：散集并行轉碼是將一部影片支解成多少片斷在多臺事情站中完成轉碼，特定是單部影片的轉換服從很高，有用于必要快速完的轉換使命。原理可簡述為：影片支解的片斷數(shù)

13、目與可調(diào)理的空閑事情站的臺數(shù)雷同；由于視頻幀與幀之間的一連性，恣意支解會造成參考幀缺失無法解碼而產(chǎn)生錯誤，以是必需以幀為支解根據(jù)；由于每一個GP是一個完備的視頻序列，可以按照源文件GP的個數(shù)來舉行支解；先統(tǒng)計GP的個數(shù)，再按照必要將其支解為幾段視頻文件，調(diào)理在差異事情站中舉行各自的轉碼使命，末了再將這些片斷歸并并存儲。4體系擺設體系擺設時，對付操縱調(diào)理和編碼轉換兩部門的成效應該接納分立擺設方法，即：操縱調(diào)理作為辦事器，擺設體系平臺、底子底層成效組建、調(diào)理操縱等模塊/插件；編碼轉換作為事情站，擺設體系平臺、底子底層成效組建、編解碼器等插件/模塊。假設將影片提供、存儲會合辦理，還可以利用如圖6所示

14、的工場化擺設形式：圖6在工場化體系擺設中，要求轉碼體系可以或許蒙受大負荷運轉和大容量數(shù)據(jù)存儲。此種擺設形式下，每臺辦事器中僅擺設體系平臺和相應插件辦事，各個辦事之間通過體系平臺協(xié)同事情，會合了抓取和存儲成效。工場化擺設方法不但低落了擺設本錢也更易于大范圍的轉碼辦理。5體系的長處及應用遠景該體系在方案和實現(xiàn)上充實思量了體系的廉價性、易用性、可擴展性以及可移植性。底層利用底子應用平臺插件辦事的技能形式，公正地辦理了體系各成效點的擴展題目以及自由組合擺設的題目，是軟件插件架構和面向辦事架構的有用公正的結合。隨著IPTV市場的漸漸擴大及技能的進一步進步，.264視頻編解碼技能以其性能上風和技能上風將被

15、各廠商普及成認，是最有潛力的先輩視頻de尺度。而作為以H.264為目的格式的主動轉碼體系可以提供高質高效的節(jié)目制作，對付IPTV及別的應用所必要的成千上萬的節(jié)目制作量來說，它可以提供工場級的制作范圍，可以或許有用地應用到消費理論中去。參考文獻1InfratinTehnlgydingfAudi-VisualbjetsPart10:AdvanedVideding,FinalDraftInternatinalStandard,IS/IEFDIS14496-10,De.2022.2Infratintehnlgy:generidingfvingpituresandassiatedaudiinfratin,IS/IE13818-1,1995(PEG2)3Thasiegand,GaryJ.Sullivan,vervieftheH.264/AVVidedingStandard,IEEETRANSATINSNIRUITSANDSYSTESFRVIDETEHNLGY,VL.13,N.7,JULY2022:560-574,FastdeDeisinAlgrithfrIntrapreditininH.264/AVVideding.IEEETRANSATINSNIR