【摘要】 数字视频格式的多样化，使得电视节目在制作和播出中，不可避免地会出现视频格式之间的转换或转码情况。如何在转换或转码过程中保证图像的质量，则是本文所探讨的课题。
【关键词】 转换 转码 M-JPEG DV MPEG GOP 参数参考再编码
一. 序言
如今电视的数字视频的压缩格式种类烦多，其应用较为流行的主要有M-JPEG、DV和MPEG三种，它们都是基于DCT（Discrete Cosine Transform：离散余弦变换）的运算原理，将视频图像转换成归一、量化和可变长度编码的频域系数。DV和原先典型的M-JPEG的压缩技术是在视频图像帧内进行编码的。对于给定的图像质量，利用MPEG-2压缩技术能实现更高的压缩比，这是因为MPEG-2借助运动估计和运动补偿的压缩技术，对视频图像相继帧之间的冗余进行了时间压缩。MPEG-2用于编辑时，一般仅限于I帧编码，它能够在不了解前一帧和后一帧的情况下，在边缘进行帧的切换。DV和MPEG-2的压缩是使用运动自适应处理实现有效的帧内编码。M-JPEG是由单个图像的JPEG文件规范演变而来，没有连续的帧序列和已定义的结构来保证比特流的互操作性。但M-JPEG由于其廉价的集成芯片和可供利用的解决方案，最早被用于硬盘录像机或服务器中。因为硬盘录像机采用了不同的实施方案，可以认为M-JPEG还是一种专用压缩格式，这是不可否定的。
不同的压缩方式，自有其不同的优缺点，技术上的探讨，将对电视业今后的发展起着积极的推动作用。
二. 视频压缩格式的转换
近年来，由于数字视频格式DV和MPEG-2的出现，使得原先典型的M-JPEG不在成为电视节目非线性编辑应用的主流。数字视频格式的多样化，使得电视节目在制作和播出中，不可避免地出现了格式之间的Transcoding（转换或转码）情况。比如：接收到的卫星电视图像的信号素材，肯定是IBP的MPEG-2格式，要想在使用I帧方式的编辑制作环节中使用，就必须要对其进行转换。再比如：编辑时使用的是DV格式，要进行数字播出，就必须进行转码，将其转换成MPEG-2的IBP格式。
目前，电视业在数字视频图像的制作和播出中，可能遇到的数字视频压缩格式的转换或转码情况，归结起来主要有三种，这就是M-JPEG、DV、MPEG-2的I帧之间的转换、MPEG-2的I帧和MPEG-2的IBP之间的转换和MPEG-2的IBP之间的码率转换。
M-JPEG、DV、MPEG-2的I帧之间的转换，可单独提出来，因为这是帧内压缩格式之间的转换。
如果不考虑DV和MPEG-2的场方式压缩，那么DV和MPEG-2的转换可以在频域中进行，DV和MPEG-2的区别是码流组织方式和霍夫曼码表的不同。但是，在以场方式对图像进行压缩时二者的宏块结构是不同的。对MPEG-2来说，在场方式下，宏块的每个块的像素都是来自于同一场图像的；而DV在场方式下宏块中每个块的像素则是来自不同场，上面四行来自一场图像，下面四行来自另一场图像，对场方式的宏块施加的DCT运算也与帧方式不一样，Z字形扫描的顺序也不同。因此需要进行转码，即转换到Bast-band（基带）后，再重新编码才能实现格式间的转换。
理论上，M-JPEG的压缩也可以在频域直接进行码流的转换，转成MPEG-2格式。但是，由于MPEG-2的灵活性大，要把MPEG-2转换到DV或M-JPEG就没有那么容易了，即使是全部采用帧方式压缩的情况下也不太可能。但是，这三者的转换终究只是量化误差的问题，只要在转换时注意选择量化的步长，图像的质量相对容易得到保证。
当把MPEG-2的I帧转换成MPEG-2的IBP时需要转换到基带进行。因为要进行运动估计、运动向量搜索等运算时，需要在空间域的图像上进行。此转换过程到底产生多大的损失，这就要看运动补偿的效果如何了。反过来，把MPEG-2的IBP转换成MPEG-2的I帧相对简单一些，运算量要小一些，但是也要转换到基带进行，因为运动补偿宏块传送的是基带图像差值的DCT系数。
MPEG-2的IBP之间的转换可能比较有用，尤其是在保持GOP（图像组）结构不变时进行码率调整。这时可以在频域进行，直接对DCT系数进行再量化。这样做的好处是不改变关键的变码参数，保证图像的质量损伤最小，同时运算量也最小。基于MPEG-2的I帧的码率转换意义不是很大，因为这种格式最适合于编辑制作的环节中采用，此环节只采用50Mb/s的码率。
如果一段MPEG-2素材需要从IBP转到I帧，处理之后再转为IBP，那么最好是在转换成I帧时保留IBP编码采用的参数，如帧类型、量化矩阵、量化因子、运动向量等，以便在重新进行IBP编码时采用。这些参数可以通过Metadata中间层来保存。
任何格式的转换肯定会损失图像质量，同时也是一个费时间的工作，电视台DV和MPEG-2等格式都存在时，最好是不进行转换就直接使用不同格式的素材。实际上，即便是对非要进行转换的情况，无论是统一格式还是并用MPEG-2和DV，对质量的损失没有大的不同，速度上也差别不大。
格式转换时以快于实时的速度进行也不是不可能。对于前面讲的能够在频域进行的转换，肯定可以快于实时。对于需要解码到基带再进行编码的转换，速度要慢一些，但可以实时操作。理论上这种复杂的转换也是可以快于实时的，只是现在的编解码芯片都是按照同步方式设计的，实现快速转换不太方便，但随着集成芯片速度的提高和设计思路的改变，高速的编解码转换器将会出现。
三. MPEG的转码
综上所述，转码是把一种代码转换成另一种代码。实际上，将一种压缩方式转换成另一种压缩方式（如：M-JPEG转换为MPEG-2）的方法只有一个，就是先把原码流解码成基带视频信号，然后再重新编码。
具体的MPEG转码，是一种通过采用“参数参考再编码”的技术，来减小GOP转换和码率转换所造成的图像质量损失，如图1所示。GOP转换是把只有I帧的短GOP码流转换成IBBP帧的长GOP码流或相反，码率转换是只改变码率不改变GOP长度。所谓“参数参考再编码”是把转换前码流的原始编码参数（如：图像编码类型、Q矩阵和运动矢量等）进行保留，以便用于再次编码，如图2所示。
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