非線性編輯系統(tǒng)中的數(shù)字視頻壓縮方法比較

非線性編輯系統(tǒng)中的數(shù)字視頻壓縮方法比較

數(shù)字視頻的壓縮現(xiàn)在，數(shù)字視頻技術(shù)在節(jié)目的錄制、編輯和特效處理中很常見，可以更好地為觀眾提供更好的視體驗(yàn)。但是在實(shí)際的視頻存儲(chǔ)管理和傳輸處理過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量非常巨大,基本上是一個(gè)天文數(shù)字,一般來(lái)講,短短一秒鐘的數(shù)字視頻的大小就要達(dá)到幾個(gè)G的字節(jié),這是一個(gè)相當(dāng)恐怖的數(shù)據(jù)量,如果不對(duì)視頻進(jìn)行壓縮處理,那么一個(gè)幾十分鐘的數(shù)字視頻幾乎無(wú)法完成儲(chǔ)存和傳輸工作,所以數(shù)字視頻的壓縮技術(shù)是整個(gè)處理工作中的重中之重。1基本總結(jié)1.1非線性編輯系統(tǒng)的特點(diǎn)非線性編輯系統(tǒng)簡(jiǎn)稱NLE,它的概念通常是相對(duì)于線性編輯系統(tǒng)而言的,一般來(lái)講,利用計(jì)算機(jī)、高速硬盤或者專業(yè)視頻卡等對(duì)節(jié)目進(jìn)行制作和處理的系統(tǒng),我們就把它叫做非線性編輯系統(tǒng)。1.2圖像的壓縮與數(shù)字視頻的壓縮MotionJPEG數(shù)字視頻壓縮算法主要是利用了人們的一個(gè)視覺習(xí)慣,當(dāng)人眼觀看圖像的時(shí)候,相比于色彩的變化,肉眼對(duì)亮度的變化會(huì)更加敏感,利用這樣的一個(gè)視覺習(xí)慣,對(duì)數(shù)字視頻中的每一幀圖像都進(jìn)行壓縮,壓縮的主要依據(jù)就是保留圖像的亮度變化,弱化圖像中的色彩變化,從而實(shí)現(xiàn)壓縮數(shù)字視頻的同時(shí),在視覺上并不會(huì)發(fā)生變化。從技術(shù)層面來(lái)講,之所以MotionJPEG算法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字視頻壓縮的同時(shí)保證視覺上無(wú)變化,是因?yàn)樵摷夹g(shù)在對(duì)每一幀的圖像進(jìn)行處理的時(shí)候,都會(huì)將圖像分成亮度和色彩兩個(gè)量化矩陣進(jìn)行采樣,將更多的數(shù)據(jù)留給亮度分量,而減少色度分量的數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻大小的壓縮。1.3mpeg-2視頻質(zhì)量管理的提高M(jìn)PEG-2P@ML算法的前身是MPEG-2算法,該算法最初的開發(fā)目的是用于視頻數(shù)據(jù)傳輸,其特點(diǎn)并不適用于節(jié)目制作,主要的問(wèn)題在于用該算法壓縮的數(shù)字視頻幀精度不高,而且在不斷的壓縮和解壓縮的過(guò)程中,圖像會(huì)出現(xiàn)失真,無(wú)法滿足視頻播放和編輯的要求。經(jīng)過(guò)相關(guān)的研究人員的不懈努力,在傳統(tǒng)的MPEG-2的算法的基礎(chǔ)上,增加了MPEG-2P@ML子集,這次更新是具有劃時(shí)代意義的,完美的解決了傳統(tǒng)的MPEG-2算法在節(jié)目制作上存在的巨大問(wèn)題,不僅保證了幀精度,還通過(guò)提高碼率實(shí)現(xiàn)了傳輸過(guò)程中多次壓縮和解壓保證視頻質(zhì)量的目標(biāo)。如此一來(lái),MPEG-2P@ML算法也被大量應(yīng)用在了數(shù)字視頻壓縮工作中來(lái)。2壓縮法的性能分析2.1motionjpeg的特點(diǎn)通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料并結(jié)合實(shí)際情況,我們發(fā)現(xiàn),MotionJPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)是目前節(jié)目制作中使用最為廣泛的算法。本次研究我們利用專業(yè)視頻卡對(duì)示例數(shù)字視頻進(jìn)行了壓縮處理,以此來(lái)檢驗(yàn)MotionJPEG算法的壓縮性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),MotionJPEG算法在壓縮過(guò)程中能夠保證數(shù)字視頻的幀精度,不過(guò)因?yàn)樵搲嚎s標(biāo)準(zhǔn)算法是一種幀內(nèi)處理方法,所以并沒(méi)有對(duì)視頻流的時(shí)間冗余進(jìn)行處理,這就導(dǎo)致了當(dāng)壓縮比進(jìn)一步增大的情況下,圖像就會(huì)失真,產(chǎn)生方塊效應(yīng)。所以為了保證視頻效果達(dá)到演播室的要求,也就是要達(dá)到廣播級(jí)別,一般來(lái)講壓縮比不能超過(guò)8:1。為了保證視頻傳輸過(guò)程中被多次壓縮和解壓縮過(guò)后質(zhì)量仍能達(dá)到廣播級(jí)別,壓縮比需要控制在4:1為宜。而目前針對(duì)MotionJPEG算法的壓縮視頻文件格式,主要取決于處理視頻使用的是什么專業(yè)視頻卡,不同公司生產(chǎn)的不同的卡,壓縮格式也不同,這就導(dǎo)致不同的視頻制作系統(tǒng)處理出來(lái)的視頻互相轉(zhuǎn)換非常困難,也是MotionJPEG算法亟需解決的問(wèn)題。2.2mpeg-2p@ml的特征關(guān)于MPEG-2P@ML算法的相關(guān)性能,本次研究沒(méi)能通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式得到,主要原因是因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上沒(méi)有支持該壓縮標(biāo)準(zhǔn)的視頻卡,所以本次研究,只能借助一些相對(duì)權(quán)威的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行比較。通過(guò)比較我們發(fā)現(xiàn),MPEG-2P@ML算法對(duì)于同等質(zhì)量的視頻圖像進(jìn)行壓縮處理時(shí),處理效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MotionJPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn),其效率是MotionJPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像處理效率的一倍以上。而且,通過(guò)調(diào)節(jié)MPEG-2P@ML壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像組的預(yù)測(cè)幀的結(jié)構(gòu),能夠保證視頻傳輸和頻繁壓縮/解壓縮過(guò)程中視頻質(zhì)量損失大幅減小。所以通過(guò)壓縮性能的對(duì)比來(lái)講,MPEG-2P@ML的性能是要遠(yuǎn)高于MotionJPEG的。而MPEG-2P@ML壓縮標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)字視頻不會(huì)受到壓縮格式的影響,能夠?qū)崿F(xiàn)不同處理系統(tǒng)之間的共用。3硬件抽象層的增加本次研究中提到的非線性編輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題,主要是針對(duì)MotionJPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)的,其壓縮標(biāo)準(zhǔn)雖然目前也被節(jié)目制作廣泛使用,但是因?yàn)槭褂肕otionJPEG標(biāo)準(zhǔn)處理的視頻格式依賴視頻卡,造成不同系統(tǒng)處理的視頻之間的共用非常麻煩,為節(jié)目組增加了巨大的工作量,而通過(guò)改善非線性編輯系統(tǒng),能夠應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題。傳統(tǒng)的非線性編輯系統(tǒng)包括平臺(tái)層、硬件層和應(yīng)用層三個(gè)層級(jí)。平臺(tái)層內(nèi)部封裝了由廠家預(yù)裝的特有的視頻卡以及視頻卡對(duì)應(yīng)的程序包,硬件層是系統(tǒng)帶有的硬件,實(shí)現(xiàn)播放、采集和存儲(chǔ)功能,應(yīng)用層則是系統(tǒng)自帶的應(yīng)用程序。傳統(tǒng)的非線性編輯系統(tǒng)的工作模式是應(yīng)用層發(fā)出指令控制硬件層,而硬件層的控制指令和處理方法則有平臺(tái)層的預(yù)編程來(lái)決定,不同的視頻就意味著需要更換對(duì)應(yīng)的視頻卡,而視頻卡則對(duì)應(yīng)著整個(gè)平臺(tái)層的變成和開發(fā)程序包。為了滿足不同格式的數(shù)字視頻壓縮文件,就必須對(duì)整個(gè)非線性編輯系統(tǒng)進(jìn)行更換,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,影響工作效率,提高節(jié)目制作成本。為了解決上述問(wèn)題,我們?cè)谟布雍蛻?yīng)用層之間增加硬件抽象層。硬件抽象層封裝了視頻卡的所有功能,對(duì)外只表現(xiàn)為一個(gè)HAL控制接口,當(dāng)應(yīng)用層接收到操作指令時(shí),不會(huì)再將指令發(fā)射到硬件層,而是發(fā)送到抽象硬件層,這樣根據(jù)目標(biāo)對(duì)象的不同格式,調(diào)用不同的視頻卡功能,在對(duì)硬件層發(fā)出命令,這樣就可以在不用更改平臺(tái)層或者預(yù)裝代碼的情況下,針對(duì)不同格式的壓縮視頻進(jìn)行處理和使用。這里我們?cè)賮?lái)詳細(xì)介紹一下硬件抽象層。硬件抽象層主要是由接口、播放部件、壓縮/解壓縮部件和采集部件構(gòu)成。接口直接面對(duì)應(yīng)用層,由一個(gè)接口收集應(yīng)用層的指令。播放部件的主要功能是播放視頻內(nèi)容和音頻內(nèi)容,當(dāng)然對(duì)于節(jié)目制作來(lái)說(shuō),播放部件也滿足了在節(jié)目過(guò)程中實(shí)時(shí)添加特效的功能,讓節(jié)目更受觀眾的喜愛。除了面對(duì)觀眾的播放,播放部件也將視頻內(nèi)容和音頻內(nèi)容播放到監(jiān)控系統(tǒng)中,實(shí)時(shí)對(duì)節(jié)目效果進(jìn)行把控。采集部件的主要功能是利用攝像機(jī)對(duì)視頻信號(hào)和音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,目前來(lái)講攝像機(jī)的控制方式主要有人工控制和計(jì)算機(jī)遙感控制兩種。壓縮/解壓縮部件最大的功能是將采集到的視頻/音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮處理并保存,當(dāng)需要使用這些儲(chǔ)存的文件時(shí),再對(duì)文件進(jìn)行解壓縮處理,以此來(lái)達(dá)到同一個(gè)文件反復(fù)使用的目的。通過(guò)重新設(shè)計(jì)非線性編輯系統(tǒng),就能夠解決不同格式的壓縮文件之間轉(zhuǎn)換困難的問(wèn)題,MotionJPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)一定能在實(shí)際工作中取得更好的效果。4視頻壓縮算法總之,由于數(shù)字視頻的特征導(dǎo)致視頻壓縮處理是整個(gè)視頻處理的重中之重,是視頻得以傳輸和儲(chǔ)存的基礎(chǔ)。對(duì)于節(jié)目制作來(lái)講,視頻壓縮