CN109842801A - 一种数字视频信号压缩处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络信息处理技术领域，公开了一种数字视频信号压缩处理方法及系统，进行视频采集：在Linux下的视频采集、在windows下的视频采集；视频格式转换：将多种视频格式转换为flv格式；视频截图：对于选定的视频，截取指定时间的缩略图；视频加水印：使用ffmpeg视频添加水印；FFmpeg视频处理：使用ffmpeg解析和解码。本发明解决了无法做到可视化的参数设置，因为目前ffmpeg视频处理的参数设置都是直接在代码中设置的；无法动态的设置或修改参数，目前的参数设置完执行都是以命令行的方式去执行的；无法直接提供给非技术人员使用的问题。

Description

一种数字视频信号压缩处理方法及系统

技术领域

本发明属于网络信息处理技术领域，尤其涉及一种数字视频信号压缩处理方法及系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

视频转码市场已经开始吸引了不少数码设备厂商和半导体公司的关注。前者出于市场实际需求的考量，一般都自行开发出从MPEG-2到H.264的ASIC转码芯片并集成在产品中。例如松下的HDD录像机DIGA系列采用了自己开发的UniPhier芯片，可以在录制节目的时候将17Mbps基于MPEG-2的数字电视信号转换成5.7Mbps的H.264格式，从而大幅提高了视频录制时间。日本的索尼和日立等公司也在2007年推出了采用自有芯片的具有转码功能的产品。

随着半导体公司对转码技术的兴趣提升，支持MPEG-2、H.264、VC-1等多种格式转换的新品也在去年陆续面市。但是策略也不完全相同，目前转码技术的实现手段有偏向软件和硬件两种，前者通常采用高速计算机或者高性能的DSP，后者一般采用专用ASIC或者FPGA。谈到这几种方案的区别，TI通用DSP认为：“数字视频编解码及转码的应用中高端DSP在实时处理中始终是主力平台。在基本的媒体处理平台中，ASIC类芯片一旦设计完成交付流片，则各种功能均不能再改变；FPGA虽属有硬件可编程器件，但如果硬件设计完成并制板之后，就很难再有大的改动；DSP作为嵌入式软件可编程平台所备受关注之处在于全面支持各种视频标准算法，即便是已完成产品仍可以通过软件更新的方法进行升级。”

TI支持多格式的高清多媒体处理器DM6467是一个包含多个处理器和核心的SoC，不是多个并行处理单元的罗列。DM6467中主要视频处理核心为高速高清协处理器(HD-VICP)、高速DSP和视频数据转换引擎三个部。其中HD-VICP通过编码和解码两片专用加速器实现了相当于3GHz以上的DSP处理能力，支持HD 1080i H.264高类转码；高速DSP采用主频为600MHz的C64+核，辅助支持H.264高清编解码和转码时，所耗费时钟低于300MHz，且DSP应用非常灵活，既支持早期算法，也支持新算法以及专有算法。视频数据转换引擎具有视频下垂直调节器能降低DSP负载，色度采样在硬件中完成，并有菜单覆盖功能。DM6467还集成有300MHz的ARM9核心，可以支持多种嵌入式实时操作系统，并实现各种主控和管理工作。

市场需求

视频转码技术的发展及不断增加的需求与广播电视数字化进程密切相关，目前转码技术的主要应用领域是数字电视广播和数字媒体前端处理。“其实，多解码芯片的应用只是在‘看’节目上应用，它让设备可以支持多种类型的信号源。”富士通市场经理黄自力指出：“但有时有些场合只需要一种信号源，比如有线电视的前端，最好采用同一格式播出节目，这时候就需要将一部分节目的格式进行转换。”

当前大量数字视频节目为MPEG-2格式，而许多新的播放设备为提高传输和存储效率而采用诸如MPEG-4\H.264\Real\VC-1\AVS等高级数字编解码格式，因此源于MPEG-2的转码技术已大量采用，而对与此相关的高清晰度转码的要求也越来越高，特别是实时转码技术及其实现手段的提高。

另外，在硬盘录像机里，在MPEG-2格式时候占用硬盘空间太多，一部高清电影要占8G左右的硬盘空间，这就需要转成更高压缩比的H.264格式，从而扩大容量，节省硬盘的投入成本，同时也可以降低整机的重量和体积。像富士通的MB86H52就可以在保证节目质量不变的情况下，最大达到5倍的容量扩展。

还有一些场合下，比如利用网络来传输节目，MPEG-2就需要占用较大的带宽，如果带宽有限，就可以将MPEG-2的信号转成H.264的信号，用较小的带宽来进行传输，并且还可以进一步利用视频转码处理器降低H.264信号的码率，使之能够适应网络的传输。

转码技术将用来满足更广泛领域的数字视频多制式转换需求，不仅应用于包括视频广播转码、媒体网管、多会议单元、医疗影像和视频监控等商用产品中，而且也将用于包括数字媒体适配器、高清视频会议终端、高级数字机顶盒、IP视频电话和高清网络摄像机等消费类产品。在商用产品中转码技术支持更高密度非常必要，而在消费类产品中转码技术的单片高性价比则必需。

黄自力也指出：“转码设备的应用市场还是很大的，新的应用还将被不断开发出来。”

当今视频娱乐市场以内容为王，能够实时转换任意格式的视频内容是未来市场发展的一个核心趋势。即使不被众人所了解，但是视频转码技术必将得到广泛的使用。视频转码是指将某一视频格式转换为另一视频格式的过程，通常都是先将视频暂时解码，然后重新编码成需要的格式和数据编码速度。

IDC分析指出了三种主要的转码需求：不同视频格式间的转换，例如从MPEG-2或者MPEG-4转到H.264；内容传输，改变比特率满足不同网络带宽或者设备播放速度的需求；清晰度，将高清视频转为标清甚至更低的清晰度，后者反向处理。典型的例子是，为了进行编辑并将信息上载到网站(例如YouTube)而将视频从摄像机传输至PC的应用。视频数据传输时，代码转换也正在进行；例如从摄像机(AVI格式)到PC(用于编辑的MPEG-2；用于存储的MPEG-4)再到网站(H.263/H.264/Flash/等)。如果要在PC上观看网站上的文件，则需再次执行代码转换使其能在RealPlayer或Windows Media Player上播放。

数字视频压缩已成为一种几乎在各种类型的视频应用中都非常重要的技术。随着媒体融合的趋势不断发展，压缩和互操作性能将变得越来越重要。DVD、HDTV、视频电话/电信会议和最近出现的视频监视系统是最著名的几个数字视频应用。

不过，这些产品的系统级技术各有不同的历史背景，因此，需要采用不同的压缩算法。数字视频市场中的标准数目大幅增长，特别是在该市场引入了H.264(MPEG-4 Part 10)AVC(高级视频编码)和WMV9等新型编解码器后。同时，负责视频系统设计的工程师们仍必须与仅支持几种旧标准(如H.261、H.263、MPEG-2或MPEG-4 part 2)的传统设备打交道。

但在某些应用中，该设备必须具备与集成了最新算法的新型设备进行互操作的能力。算法的开发也是一个富于挑战性的难题。当功能更强大的新算法被开发出来并被标准化之后，还必须保证它们与原有算法兼容，这是一个令人生畏的任务，因而，必须开发出一些强大的通用转码(transcoding)方案。

知识产权方面的问题甚至更加复杂。尽管许多视频编码算法(如MPEG-2、MPEG-4、H.263和H.264)是公开的标准，但其它一些算法(如On2和Real Video)却是专有的。专有算法有时也可以成为标准算法。例如，起初为专有算法的WMV9最终因被SMPTE协会采纳而成为公共的VC1标准。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)无法做到可视化的参数设置，因为目前ffmpeg视频处理的参数设置都是直接在代码中设置的；

(2)无法动态的设置或修改参数，目前的参数设置完执行都是以命令行的方式去执行的；

(3)无法直接提供给非技术人员使用。

解决上述技术问题的意义：

对于专业的技术人员，二次开发的难度和成本大大降低；对于非专业技术人员，可以自主定制化的去制作自己想要的视频或者把视频处理成自己想要的各种形式。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种数字视频信号压缩处理方法及系统。

本发明是这样实现的，一种数字视频信号压缩处理方法，包括：

视频采集：在Linux下的视频采集、在windows下的视频采集；

视频格式转换：将多种视频格式转换为flv格式；

视频截图：对于选定的视频，截取指定时间的缩略图；

视频加水印：使用ffmpeg视频添加水印；

FFmpeg视频处理：使用ffmpeg解析和解码。

进一步，FFmpeg视频处理后，还需进行：构建数据库：构建包含所有FFmpeg音视频编解码器的库、包含所有的普通音视格式的打包和解包的库。

进一步，构建数据库后，还需进行后处理；执行高度优化的图像缩放和颜色空间/像素格式转换并进行音频采样采样数据PCM的转换。

本发明的另一目的在于提供一种执行所述数字视频信号压缩处理方法的数字视频信号压缩处理系统，所述数字视频信号压缩处理系统包括：

上传模块，用于对视频的新增和收录；

下载模块，用于对视频的分享，复用；

转码模块，用于将视频转成MP4格式的高码视频或低码视频。

进一步，所述数字视频信号压缩处理系统进一步包括：引用模块，用于对视频的使用，引用到文稿中，新闻中；

移动模块，用于将本地视频从一个文件夹中移动到另一个文件夹中。

本发明的另一目的在于提供一种数字视频信号压缩处理计算机程序，所述数字视频信号压缩处理计算机程序实现所述的数字视频信号压缩处理方法。

本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端搭载实现所述数字视频信号压缩处理方法的控制器。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的数字视频信号压缩处理方法。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述数字视频信号压缩处理系统的医疗影像和视频监控终端。

本发明的另一目的在于提供搭载所述数字视频信号压缩处理系统的IP视频电话。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明在保证可接受视频画质的前提下，先执行：ffmpeg-i D:\src.mov-c:vlibx264-preset veryslow-crf 18-c:a copy D:\dest1.mp4；将D盘的源文件src.mov，以“非常慢”的速度重新编码成H.264格式，保存为D:\dest1.mp4。其中，-preset指定的编码速度越慢，获得的压缩效率就越高。因为音频的码率一般都比较小，况且解码后重新编码也会损害音质，于是，就将音频数据从源文件中以原有编码格式直接拷入目标文件。

执行完一条转码命令之后，调整-crf参数值，分别设为19、20、28、51，重新转码输出为不同的MP4文件。记录数据，对比如下：

尝试播放这些文件。现有技术的crf取值为18～28的情况下生成的文件，其画质没有明显的差异，而以-crf 51生成的视频画质很差；本发明在视频转码处理上能用到的最好的方式是ffmpeg。在能保证视频质量的前提下，效率最好的就是本发明中用到的ffmpeg。

解决了现有技术中，无法做到可视化的参数设置，因为目前ffmpeg视频处理的参数设置都是直接在代码中设置的；无法动态的设置或修改参数，目前的参数设置完执行都是以命令行的方式去执行的；无法直接提供给非技术人员使用的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的数字视频信号压缩处理方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

视频转码(Video Transcoding)是指将已经压缩编码的视频码流转换成另一个视频码流，以适应不同的网络带宽、不同的终端处理能力和不同的用户需求。转码本质上是一个先解码，再编码的过程，因此转换前后的码流可能遵循相同的视频编码标准，也可能不遵循相同的视频编码标准。

现有技术中，无法做到可视化的参数设置，因为目前ffmpeg视频处理的参数设置都是直接在代码中设置的；无法动态的设置或修改参数，目前的参数设置完执行都是以命令行的方式去执行的；无法直接提供给非技术人员使用。

为解决上述问题，下面结合技术方案对本发明的应用原理作详细描述。

在本发明中，涉及的业务数据为文稿和素材，素材大部分都是视频。涉及的视频操作有上传，下载，转码等。本发明主要解决了视频素材的上传，下载，转码等功能。关于视频的转码分为低码视频转码和高码视频转码，丰富了用户自己的选择。在转码上本发明选择的是ffmpeg视频处理程序。

因为FFmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频、视频，并能将其转化为流的开源的跨平台的计算机程序。采用LGPL或GPL许可证。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频/视频编解码库libavcodec，为了保证高可移植性和编解码质量，libavcodec里很多code都是从头开发的。

ffmpeg视频采集功能非常强大，不仅可以采集视频采集卡或USB摄像头的图像，还可以进行屏幕录制，同时还支持以RTP方式将视频流传送给支持RTSP的流媒体服务器，支持直播应用。

基于上述分析，本发明实施例提供的数字视频信号压缩处理方法如图1所示，具体包括：

S101:视频采集：

S102:视频格式转换；

S103:视频截图；

S104:视频加水印；

S105:FFmpeg视频处理；

S106:构建数据库；

S107:进行后处理。

步骤S101中，包括：

i)ffmpeg在Linux下的视频采集

在Linux平台上，ffmpeg对V4L2的视频设备提供了很好的支持，如：

./ffmpeg-t 10-f video4linux2-s 176*144-r 8-i/dev/video0-vcodec h263-frtp rtp://192.168.1.105:5060>/tmp/ffmpeg.sdp以上命令表示：采集10秒钟视频，对video4linux2视频设备进行采集，采集QCIF(176*144)的视频，每秒8帧，视频设备为/dev/video0，视频编码为H263，输出格式为RTP，后面定义了IP地址及端口，将该码流所对应的SDP文件重定向到/tmp/ffmpeg.sdp中，将此SDP文件上传到流媒体服务器就可以实现直播了。

ii)ffmpeg在windows下的视频采集

在windows下关于ffmpeg视频采集的资料非常少，但是ffmpeg还是支持windows下视频采集的。ffmpeg支持windows下video for windows(VFW)设备的视频采集，不过VFW设备已经过时，正在被WDM的视频设备所取代，但是ffmpeg还没有支持WDM的计划，不过好像有将WDM转为VFW的工具，因此ffmpeg还是可以在windows下进行视频采集的。

步骤S102中，视频格式转换

ffmpeg视频转换功能。视频格式转换，比如可以将多种视频格式转换为flv格式，可不是视频信号转换。ffmpeg可以轻易地实现多种视频格式之间的相互转换(wma,rm,avi,mod等)，例如可以将摄录下的视频avi等转成视频网站所采用的flv格式。

步骤S103中，视频截图:

对于选定的视频，截取指定时间的缩略图。视频抓图，获取静态图和动态图，不提倡抓gif文件；因为抓出的gif文件大而播放不流畅。

步骤S104中，视频加水印

使用ffmpeg视频添加水印(logo)。

步骤S105中，FFmpeg视频处理:

利用音视频转换器转换多媒体文件。

ffserver:Fast forword server

用ffmpeg实现的rstp服务器基于HTTP、RTSP用于实时广播的串流服务器。

ffplay:Fast forword play

一个简单的媒体播放器使用ffmpeg解析和解码通过SDL显示。

ffprobe:Fast forword probe

一个多媒体流分析工具它从多媒体流中收集信息并且以人类和机器可读的形式打印出来。

步骤S106中，构建数据库：

核心工具libavutil

包含数据函数，用于存放内存操作等常用模块。

数据库它包含函数简化编程,包括随机数生成器、数据结构、数学例程,核心多媒体工具,等等。

编解码libavcodec

用于存放各个encode/decode模块。

一个包含了所有FFmpeg音视频编解码器的库。

媒体格式libavformat

用于存放视音频复用器(muxer)/demuxer模块。

一个包含了所有的普通音视格式的打包和解包的库。

设备libavdevice

读取电脑(或者其他设备上)的多媒体设备的数据或者输出数据到指定的多媒体设备上。

步骤S107中，进行后处理：

Libavfilter：包含媒体滤波器的一个库。

Libswscale：执行高度优化的图像缩放和颜色空间/像素格式转换操作的库。

Libswresample：用于音频采样采样数据(PCM)的转换。

在本发明实施例中，视频的上传和下载都是采用输入输出流的方式实现的。本发明采用ffmpeg实现视频的转码。

FFmpeg是一个开源免费跨平台的视频和音频流方案，属于自由软件，采用LGPL或GPL许可证(依据你选择的组件)。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频/视频编解码库libavcodec，为了保证高可移植性和编解码质量，libavcodec里很多codec都是从头开发的。FFmpeg在Linux平台下开发，但它同样也可以在其它操作系统环境中编译运行。

在java开发中，FFmpeg也常被调用用来进行视频的转码，录播和直播，总的来说，FFmpeg是一款非常强大的，而且做与视频相关的业务平台开发人员必须要学会的工具，本发明先从分别windows和linux下调用FFmpeg进行视频的转码，和对视频的截图做出说明解释。

ffmpeg能解析的格式：(asx，asf，mpg，wmv，3gp，mp4，mov，avi，flv等)，而对于ffmpeg无法解析的文件格式(wmv9，rm，rmvb等)，本发明在下面采用了mencoder工具，先将视频转换成AVI格式再用ffmpeg进行转码；

windows下，首先需要FFmpeg和mencoder的工具。一共五个文件，点此下载，解压放在FFmpeg文件夹下。

下面结合具体分析对本发明的应用原理作进一步描述。

视频网站中提供的在线视频播放功能,播放的都是FLV格式的文件，是Flash动画文件，可通过Flash制作的播放器来播放该文件。

多媒体视频处理工具FFmpeg有非常强大的功能包括视频采集功能、视频格式转换、视频抓图、给视频加水印等。

ffmpeg视频采集功能非常强大，不仅可以采集视频采集卡或USB摄像头的图像，还可以进行屏幕录制，同时还支持以RTP方式将视频流传送给支持RTSP的流媒体服务器，支持直播应用。

能支持的格式：ffmpeg能解析的格式：(asx，asf，mpg，wmv，3gp，mp4，mov，avi，flv等)。

实例是将上传视频转码为flv格式，该格式ffmpeg支持，所以实例中需要ffmpeg视频处理工具。

在本发明实施例中，数据库采用MySQL5.5。

在本发明实施例中，上传视频界面设计包括：

在上传文件时，Form表单中enctype属性值必须为"multipart/form-data"。

enctype属性值说明：

application/x-www-form-urlencoded，表单数据被编码为名称/值对,这是标准的编码格式。

multipart/form-data，表单数据被编码为一条消息,页面上每个控件对应消息中的一部分。

text/plain，表单数据以纯文本形式进行编码,其中不含任何控件格式的字符。

在本发明实施例中，业务接口定义系统功能模块，方便理清业务，同时接口的对象由实现了该接口的对象来创建。避免编码中的某些业务遗漏等，同时扩展性也增强。

在本发明实施例中，视图提交请求,给控制器,控制器分析请求参数,进行相应的业务调用处理.servlet控制器相关代码如下

在本发明实施例中，可以通过分页查找,显示最新top5，展示到首页，相应特效可以使用JS实现。

首页展示的图片都是带ID的链接请求。图片为视频转码过程中拉取到的图片。点击图片即可发送播放视频请求。

视频播放页面需要在页面中嵌入Flash播放器。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字视频信号压缩处理方法，其特征在于，所述数字视频信号压缩处理方法包括：

视频采集：在Linux下的视频采集、在windows下的视频采集；

视频格式转换：将多种视频格式转换为flv格式；

视频截图：对于选定的视频，截取指定时间的缩略图；

视频加水印：使用ffmpeg视频添加水印；

FFmpeg视频处理：使用ffmpeg解析和解码。

2.如权利要求1所述的数字视频信号压缩处理方法，其特征在于，FFmpeg视频处理后，还需进行：构建数据库：构建包含所有FFmpeg音视频编解码器的库、包含所有的普通音视格式的打包和解包的库。

3.如权利要求2所述的数字视频信号压缩处理方法，其特征在于，构建数据库后，还需进行后处理；执行高度优化的图像缩放和颜色空间/像素格式转换并进行音频采样采样数据PCM的转换。

4.一种执行权利要求1所述数字视频信号压缩处理方法的数字视频信号压缩处理系统，其特征在于，所述数字视频信号压缩处理系统包括：

上传模块，用于对视频的新增和收录；

下载模块，用于对视频的分享，复用；

转码模块，用于将视频转成MP4格式的高码视频或低码视频。

5.如权利要求4所述数字视频信号压缩处理系统，其特征在于，所述数字视频信号压缩处理系统进一步包括：引用模块，用于对视频的使用，引用到文稿中，新闻中；

移动模块，用于将本地视频从一个文件夹中移动到另一个文件夹中。

6.一种数字视频信号压缩处理计算机程序，其特征在于，所述数字视频信号压缩处理计算机程序实现权利要求1～3任意一项所述的数字视频信号压缩处理方法。

7.一种终端，其特征在于，所述终端搭载实现权利要求1～3任意一项所述数字视频信号压缩处理方法的控制器。

8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-3任意一项所述的数字视频信号压缩处理方法。

9.一种搭载权利要求4～5任意一项所述数字视频信号压缩处理系统的医疗影像和视频监控终端。

10.种搭载权利要求4～5任意一项所述数字视频信号压缩处理系统的IP视频电话。