基于H.264的群集转码系统的设计

1、基于H.264的聚集转码体系的方案摘要本文在深化研究最新的H.264编码技能的底子上方案并实现了一种面向插件式办事架构的聚集主动批量转码体系。重要先容了H.264的编码技能，提出了体系软硬件的架构、焦点成效模块的方案头脑而且简朴阐发了在IPTV范畴的应用远景。体系安身于消费理论，顺应从大范围转码工场作业到小范围转码事情的差异级别的应用，具有很高的消费有用代价。关键词交互式网络电视H.264聚集转码帧内猜测帧间猜测离散余弦变更1概述随着信息技能的生长，视频编解码技能的应用变得越来越普及，在Vd视频点播视频监控可视 及网络交互电视IPTV等范畴都有了很普及的应用。H.264是继PEG4以后推出的新

2、一代视频压缩尺度，它较PEG4在划一图像质量的底子上有更高的压缩比，节省了网络带宽，而且提供了更好的网络顺应性，得到了数字电视、网络交互电视等财产的普及存眷。本文在深化研究H.264编码技能的底子上，方案了聚集转码体系。该体系集主动批量转码、主动监控可通过ebap多种方法提供、主动存储、查询等成效于一体，为IPTV、视频点播等财产提供了高效的节目压抑体系。本体系办理了影片编码格式转换事情中泯灭人力、硬件本钱昂扬、转换服从低下的现实题目，具有很强的理论应用性。本文重要包罗以下三个部门：H.264焦点技能先容、体系架构方案及关键实现、体系的应用2.264焦点技能简介H.264是JVT构造JintV

3、ideTea订定出的一个新的视频编码尺度，它具有高压缩比、高图像质量、精良的网络顺应性等长处。与其他编码尺度比拟，它也是猜测编码和变更编码结合的基于块的混淆编码。其根本布局与其他尺度很相似。然而它又在许多环节上接纳了新技能，有了新的革新，重要焦点技能有以下几点：2.1帧内编码在H.264中，充实利用图像的空间冗余性，增长了帧内猜测编码，纵然用当前帧内已编码的宏块或块的亮度和色度值来猜测当前编码的宏块，详细来说就是当前编码块的左方和上方的块或宏块，然后将其猜测偏向举行编码，如许就可以利用只管少的比特数来表现目的宏块。按照差异的块巨细，猜测要拥有所差异：4*4块有九种猜测方法：如下左图a-p为当前

4、编码宏块；右图为几种差异标的目的的猜测方法图1此中形式2为D猜测，利用(A+B+D+I+J+K+L)3来得到。16*16和8*8那么都有四种猜测形式，别离为垂直程度D猜测和Plane猜测，只是形式的挨次略有差异。帧内猜测编码大大淘汰了空间的冗余，更有用于配景比力单一的图像。2.2多参考帧猜测编码H.264提供了可选的多参考帧猜测技能，即在编码器的缓存中存有多个方才编码好的参考帧,编码器选择此中一个编码结果好的作为当前帧的参考郑H.264可支持5个猜测参考帧编码，提供了更高的容错性能，同时也有用进步了图像质量。2.31/4精度的活动预计之前的H.263接纳了半像素精度的活动预计获得了精良的结果，

5、H.264那么进一步接纳了1/4像素精度的活动预计。H.264中的1/4像素精度是通过内插来得到的。譬如说对付亮度重量，起首通过一个六插头的滤波器，算出1/2像素的内插值，权值为1/32，-5/32，5/8，5/8，-5/32，1/32，然后再举行线性内插求出1/4像素值。理论上，活动预计的精度增长一倍比方从整像素精度进步到1/2像素精度，可有0.5bit/Saple的编码增益，但现实验证创造，在活动矢量精度凌驾1/8像素后，体系根本上就没有显着增益了，因此，在H.264中，只接纳了1/4像素精度的活动矢量形式，而不是接纳1/8像素的精度。2.44*4整数DT变更以往的DT变更会带来一些负效应

6、，如浮点运算增长了编码器的盘算庞大度，同时带来了由于浮点数精度题目带来的编解码不匹配。为了办理这些题目，H.264把本来的离散余弦变更DT改变为近似的整数变更，在量化历程中整合了变更系数，使本来必需用浮点运算举行的余弦函数运算，可用整数运算举行。同时还减少了系数的种类，使得变更历程中只用到加法和移位运算，使运算量淘汰。别的，在H.264中接纳4*4巨细的块，淘汰了块效应。接纳整数DT变更进步了猜测精度，低落了残差信号空间相干性，只需较少的盘算量和较小的处置惩罚码长，且消除了编码器息争码器之间的失配，进步了图像回放质量。2.5可变块巨细在H,264中，一个宏块可以按照必要被分成差异巨细的七种形式

7、的块如以下图所示：图2如许的分别具有更强的机动性，得当差异的图像特点，譬如说细节比力富厚的图像块可以进一步分别成4个4*4的块，而比力平展的宏块，那么可看成一个16*16的块处置惩罚。如许就能较好的保持图像的细节。然而，对付差异分别以及差异参考帧的差异猜测形式应有一个同一的判断尺度，来确定最优的形式，如今比力普及利用的形式判断尺度即为RD领先失真优化：Jde(s,|Q,de)=SSD(s,|Q)+deR(s,|Q)式中:为重修块;R包罗对宏块编码的全部比特;SSD(sufsquareerrr)为当前块和重修块的差值的平方和。得到重修块必要对残差举行变更和量化与反量化反变更,其历程较庞大。2.6

8、基于内容的自顺应可变长编码和自顺应算术编码H.264与PEG-2和PEG-4的差异还存在于纠错编码块中，H.264的纠错编码为内容自顺应可变长度码AVL和内容自顺应二进制算法编码ABA，能进步纠错本领。而PEG-2和PEG-4为霍夫曼编码。2.7去块效应滤波作为一种新的编码尺度，H.264在编码服从、图像质量、网络顺应性和抗误码方面获得了乐成。以是在数字电视、网络电视、DVD等范畴中得到了普及的应用。3体系方案与实现聚集转码体系是针对IPTV网络交互电视重要业务应用VD视频点播的节目的制作提出的。该体系旨在实现节目源高效批量的制作。体系软件方案为插件式体系平台+插件办事+应用体系的布局，来包管

9、体系的机动性、结实性和可扩展性。3.1体系架构原理体系架构如图3所示：图3如上图中所示，体系办事平台包罗编解码器插件主动摆设、转码调理、插件办事创造及注册、插件工场和各成效模块之间通讯的通讯协议以及聚集转码操纵及办理体系等几大焦点成效模块。编解码器办理器插件作为详细编解码器实现与体系的中心层，卖力种种编解码器的办理成效并署理编解码器完成转码事情。片源提供、影片存储、影片预览和详细解码器实现等插件之间通过插件办事创造及注册成效接洽到体系中，利用当地或网络通讯协议在平台的和谐下事情。体系中的插件点不但仅界说在焦点平台中，在插件中也界说差异的插入点，插入点表现了体系成效流程的关键点，体系与插件或插件

10、与插件之间的依靠同一通过插件办理器办理。另，全部插件均须编译为动态链接库情势。在如许的架构下，整个转码体系的成效被疏松耦合地构造起来，是面向办事架构的表现。用户不但可以简朴随意地更换或增长差异的成效插件到体系中，更可以轻松地实现整个体系的会合或漫衍式摆设。由此可见，体系平台为各个插件之间透明协同事情提供了的精良底子，办理了转码体系中各个成效模块之间的精细耦合，是体系的根本焦点架构。3.2插件办事的创造、注册和调用各个插件办事在主体系平台中被注册成为当地或长途两种范例。当地插件安排在特定途径下，由体系平台主动加载；长途插件办事通过特定网络通讯协议主动探求，如Ativity图4所示。图4一样平常环

11、境下，体系中实行转码事情的各个插件办事于会合操纵和调理模块是别离摆设在差异的办事器和事情站中的，在主体系平台操纵调理或分体系平台转码、片源等启动时会主动实行插件办事的注册操纵，体系会为已乐成注册的插件办事分派差异的调用接口。插件模块实现特定的插件接口，在必要利用插件办事的成效时，利用抽象工场形式同一由插件办理器提供调用接口。对付当地范例插件，利用动态共享库加载函数dlpen()加载插件模块后直接提供办事；对付长途插件办事，办事提供端动态加载插件后，启动办事哀求监听模块，在办事调用端，插件办理器为调用提供相应插件办事署理实现。比方长途影片提取插件办事的调用如下lass图5所示。图53.3影片转码

12、调理模块转码调理模块是体系中的焦点事情模块，卖力和谐数据提娶Ender/Deder、存储等事情。此模块中界说的插入点有：影片数据提娶影片存储、编码转换、事情方法决议、编码进度操纵等。此中“事情方法决议插入点的差异插件实现决定了体系在实行DVD转码事情时选择利用“漫衍式转码或“散集并行转码，如下所述。漫衍式转码操纵：漫衍式转码是将多部影片转码使命分派给多台转码事情站完成转码，有用于批量转换的使命，影片转换使命所必要的时间相对结实。散集并行转码操纵：散集并行转码是将一部影片支解成多少片断在多台事情站中完成转码，特定是单部影片的转换服从很高，有用于必要快速完的转换使命。原理可简述为：影片支解的片断数

13、目与可调理的空闲事情站的台数雷同；由于视频帧与帧之间的一连性，恣意支解会造成参考帧缺失无法解码而产生错误，以是必需以帧为支解根据；由于每一个GP是一个完备的视频序列，可以按照源文件GP的个数来举行支解；先统计GP的个数，再按照必要将其支解为几段视频文件，调理在差异事情站中举行各自的转码使命，末了再将这些片断归并并存储。4体系摆设体系摆设时，对付操纵调理和编码转换两部门的成效应该接纳分立摆设方法，即：操纵调理作为办事器，摆设体系平台、底子底层成效组建、调理操纵等模块/插件；编码转换作为事情站，摆设体系平台、底子底层成效组建、编解码器等插件/模块。假设将影片提供、存储会合办理，还可以利用如图6所示

14、的工场化摆设形式：图6在工场化体系摆设中，要求转码体系可以或许蒙受大负荷运转和大容量数据存储。此种摆设形式下，每台办事器中仅摆设体系平台和相应插件办事，各个办事之间通过体系平台协同事情，会合了抓取和存储成效。工场化摆设方法不但低落了摆设本钱也更易于大范围的转码办理。5体系的长处及应用远景该体系在方案和实现上充实思量了体系的廉价性、易用性、可扩展性以及可移植性。底层利用底子应用平台插件办事的技能形式，公正地办理了体系各成效点的扩展题目以及自由组合摆设的题目，是软件插件架构和面向办事架构的有用公正的结合。随着IPTV市场的渐渐扩大及技能的进一步进步，.264视频编解码技能以其性能上风和技能上风将被

15、各厂商普及成认，是最有潜力的先辈视频de尺度。而作为以H.264为目的格式的主动转码体系可以提供高质高效的节目制作，对付IPTV及别的应用所必要的成千上万的节目制作量来说，它可以提供工场级的制作范围，可以或许有用地应用到消费理论中去。参考文献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