气象影视常用视频打包格式浅析

蓝设华

【摘 要】文章通過分析各种类型的视频格式的特点，实现视频打包图像质量、文件大小与播出流畅性等的平衡，使气象影视节目达到各类平台、载体的播出要求，这对广西气象影视业务具有重要的指导意义。

【关键词】气象影视;视频格式;视频打包;视频编码

0 引言

随着全媒体时代的来临，广西气象影视业务也在全方位地发展，节目数量越来越多;制作的气象影视节目除了在传统的电视上播出外，还在微信、微博、抖音、斗鱼等多个不同载体播出;对节目制作质量的要求越来越高，制作节目的视频格式越来越繁杂;广西多个地级市的气象影视业务由当初的“集中制作，末端分发”逐步转向自主研发制播，这不但要求从设备的选型、档次考虑设备的投入，还要在设备能力有限的情况下，充分发掘设备优势，提高节目技术指标[1]。

在现有的气象影视日常高、标清影视制作使用的视频打包输出格式中，视频格式可以分为适用于本地电脑播放的本地视频和适合在网络播放的网络流媒体视频两大类。尽管后者在播放的稳定性和播放图像质量上可能没有前者优秀，但网络流媒体视频影像因其具有体积小、播放流畅性及广泛传播性等优点而被广泛应用于网络直播、视频点播、远程教育、网络演示、网络视频广告等互联网信息服务领域[2]。

为了使视频媒体满足多方要求，达到满意的视听、播放效果，多媒体数据压缩及编码研究已经进行了几十年，至今已产生AVI、MPEG等针对不同用途的各式各样的视频打包和压缩算法。最常用的视频文件格式有Microsoft的Video for Windows文件（*.avi）和Apple的QuickTime文件（*.mov和*.qt）两种，前者只适合用于PC机，后者适用于PC机和Macintosh计算机。此外，还有MPEG文件（*.mpg）、VCD上的DAT文件（*.dat）及网络上常用的Real Video文件（*.rm）等。现就这些视频格式进行分析与比较。

1 理论分析

1.1 AVI

AVI是音、视频交错（Audio Video Interleaved）的英文缩写，是由微软公司研发的视频格式，在视频应用领域上是最悠久的格式之一。AVI格式图像质量好，调取方便，压缩标准可以有多方面的选择，是目前应用最为广泛的格式，也是大洋非线性编辑系统默认的视频素材格式。

1.2 MPEG

MPEG是Motion Picture Experts Group的缩写[3]，它的格式类型主要包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。MPEG-1在一些网络媒体视频和VCD制作上被广泛地应用，使用MPEG-1的压缩算法，它的压缩率很高，可以把一部120 min的电影压缩到1.2 GB左右，这对处理存储空间问题提供了很好的解决方案。MPEG-2则更多地应用在DVD制作和一些要求较高的视频编辑、处理上，使用MPEG-2压缩算法打包输出的视频，文件虽然比MPEG-1算法压缩的大出很多，但是MPEG-2的图像质量远远高于MPEG-1。

1.3 MOV

MOV是苹果公司开发的一种音、视频文件格式，它原来只是苹果公司用于Mac计算机上的一种图像视频处理软件。Quick-Time提供了两种标准图像和数字视频格式，即可以支持静态的*.PIC和*.JPG图像格式，动态的基于Indeo压缩法的*.MOV和基于MPEG压缩法的*.MPG视频格式。QuickTime可以运用于多种平台，对存储空间要求不高。

1.4 WMV

WMV是英文Windows Media Video的缩写，是一种独立于编码方式的可用在互联网上实时传播多媒体的技术标准，是微软公司开发的一系列视频编解码和其相关的视频编码格式的统称，微软希望用其取代Quick Time之类的技术标准及WAV、AVI之类的扩展名。WMV的主要优点如下：可扩充的媒体类型、本地或网络播放、可伸缩的媒体类型、多语言支持、扩展性等。

1.5 MKV

MKV视频文件可以在一个文件中集成多条不同类型的音频轨和字幕轨，而且其视频编码的选择性也很大，可以是常见的XviD、DivX、3IVX，也可以是QuickTime、WMV、RealVideo这些类型的流媒体视频。实际上，它是一种全称为Matroska的新型多媒体封装格式，这种视频格封装格式具备开放性的优点，在未来将会有一个良好的应用前景。

1.6 MXF

MXF是Material Exchange Format（文件交换格式）的英文缩写，它是SMPTE（美国电影与电视工程师学会）组织定义的一种专业的音、视频媒体文件格式。MXF主要应用于影视行业媒体编辑、制作、存储和发行等环节，它可在专业广播电视环境下转换媒体文件格式，本质上是一种外壳格式。MXF被设计为可以同时处理打包多条轨道的视、音频及数据库文件，它既支持流媒体图像信号传输，又支持以文件的类型直接拷贝、传输。

1.7 H.264

H.264是国际标准化组织（ISO）和国际电信联盟（ITU）共同提出的继MPEG-4之后的新一代数字视频压缩格式。H.264是在MPEG-4技术的基础之上扩展建立起来的，其编解码率程主要包括5个部分：帧间和帧内预测（Estimation）、量化（Quantization）和反量化、变换（Transform）和反变换、熵编码（Entropy Coding）、环路滤波（Loop Filter）。在同等的带宽条件下，H.264编码比其他现有的视频编码压缩标准提供的图像质量更加优秀，这在多媒体的制作、传播及应用上提供了很好的技术基础。

1.8 RMVB

RMVB是在流媒体RM影片格式上升级改进而来的。RMVB压缩算法的最大特点就是在保证平均压缩比的基础上，设定了一般为平均采样率两倍的最大采样率值，将较高的比特率用于复杂的动态画面，较低的采样率则用于静态画面，这样的好处是可以合理地利用比特率资源，使得RMVB在牺牲少部分难以察觉的影片质量的情况下最大限度地压缩影片，最终得到图像画质接近于DVD而体积和VCD差不多大小的视频。

2 使用比較

大洋非线性系统打包输出的视频格式有20种左右可以选择，现就以日常气象影视节目常用的视频打包格式使用情况做比对（以大洋非编故事版上1 min时长节目打包输出为例，帧率默认固定为25帧/s，音频输出格式采样率为4 800，声道为立体声）。

2.1 AVI视频格式

它采用的编码类型是MPEG2_I，最大码率可达300 M，选择300 M码率，输出画幅使用信箱方式（即保持高清的原始分辨率为1 920*1 080），节目打包输出后大概得到2.1 G的视频文件。

2.2 DVD视频格式

编码类型选取MPEG2_IPB，码率最大可达25 M，码率设置为8 M，输出画幅使用切边方式（即保持标清的原始分辨率为720*576），节目打包输出后大概得到60 M的视频文件。

2.3 MPEG视频格式

MPEG视频格式的输出画幅分为信箱方式（1 920*1 080）和切边方式（720*576）。

编码类型选取H.264，码率最大可达25 Mbps，码率设置为2 Mbps，输出画幅使用信箱方式，节目打包输出后大概得到15 M的视频文件。编码类型选取H. 264，码率最大可达25 Mbps，码率设置为8 Mbps，输出画幅使用切边方式，节目打包输出后大概得到60 M左右大小的视频文件。编码类型选取MPEG-4，码率最高可达50 Mbps，码率设置为25 Mbps，输出画幅使用切边方式，节目打包输出后大概得到200 M的视频文件。编码类型选取H.264，码率最大可达25 Mbps，码率设置为15 Mbps，输出画幅使用信箱方式，节目打包输出后大概得到120 M的视频文件。

2.4 WMV视频格式

编码类型选Windows_Media，子类型选WM7，码率最大可达25 Mbps，码率选取4 Mbps，输出画幅使用信箱方式，节目打包输出后大概得到30 M的视频文件。

2.5 MXF视频格式

编码类型选取选择MPEG2_I，码率最大可达300 Mbps，码率设置为25 Mbps，输出画幅使用信箱方式，节目打包输出后大概得到190 M的视频文件。

2.6 MOV视频格式

编码类型选QuickTime_MOV，子类型选DVCProHC，码率选取100 Mbps，输出画幅使用信箱方式，节目打包输出后大概得到210 M的视频文件。

综上所述：{1}同个节目使用不同的打包格式压缩输出的视频文件差异很大，而使用相同的视频格式选择不同的码率，打包输出的图像质量及文件大小也不一样。码率越大，图像质量越高，视频文件也越大。300 M码率打包输出的AVI视频文件最大，图像画面和源视频相差无几。但是在一台非工作站以外的普通电脑上使用腾讯视频媒体播放器播出，视频加载、缓冲时间长，而且播放过程会出现画面卡顿、声音延时、CPU与内存使用率高等问题（电脑配置：处理器为Intel至强e5，内存为8 M，显卡为NVIDIA GeForce GTX 650）。{2}以MXF和MOV格式打包输出的视频文件也较大，压缩后得到画面质量还算是优秀，比较接近源视频，在电脑上播出视频加载、缓冲时间较短，可以得到流畅清晰的画面。{3}以MPEG视频格式输出的视频文件，码率选取越大，画质越优秀，压缩后的视频文件也越大。在电脑上播出25 Mbps码率打包输出的视频画质甚至比MOV和MXF格式的视频画质还要清晰，视频加载、缓冲时间也更短，图像更接近源视频。{4}以WMV格式打包输出的视频文件最小，视频加载、缓冲时间几乎为零，视频在电脑上播出最流畅，CPU占有率最低，图像画质也较清晰。{5}以DVD格式输出的视频文件大小一般，但由于其经过切边裁剪为标清格式，所以在电脑上全屏（16∶9）播出画质显得不够清晰，特别是在动态画面上有明显的噪点。

3 结语

通过上述对常用视频打包格式的具体分析与使用可知，在使用大洋非线性系统编辑气象影视节目时，编辑的音视频素材大都采用AVI视频格式，无论是在采集输入还是在打包输出上，编码类型选择MPEG2_I，码率最大可选300 M，这样打包输出的视频画质和源视频相比较几乎毫无差异，达到无损压缩的图像效果。但是，用此方法打包输出的视频文件非常大，码率非常高，普通的PC机很难流畅地播放此类格式的视频，因此该格式的使用只建议在非编系统以素材的形式进行编辑使用。由于AVI封装格式的开源特点，所以AVI格式的视频可在大洋、康能普视、EDIUS、Premiere等视频编辑软件上交互使用，为使用者提供了很高的便利性。

在地市气象影视业务节目制作中，由于地方电视台播放的节目大都以标清格式播出，出于对气象影视节目传输（视频文件体积太大影响传输速度）和图像质量（视频压缩码率过低达不到播放要求）的平衡综合考虑，所以建议采用MPEG2_IPB封装格式，码率选取8 Mbps左右，画幅使用切边方式打包输出成DVD视频传输给地方电视台播出使用。如果在图像画面上想要达到更高的要求，则建议打包成为MP4视频格式，编码类型采用H.264，码率最高可选25 Mbps，这样既能保证节目视频质量，又能最大限度地控制视频的大小，不至于在传输上出现大的瓶颈。为了配合梧州电视台播出要求，节目需要以MOV格式播出，建议编码类型选QuickTime_MOV，子类型选DVCProHC，码率选取100 Mbps。贺州电视台播出的是MXF格式的视频，建议编码类型选择MPEG2_I，子类型选MXF_STD，码率选取25 Mbps。

在省级天气网上播出的影视节目视频，因为对图像质量要求不是特别高，应使用WMV打包格式，编码类型选Windows_Media，所以子类型选WM7，码率选取8 Mbps。其视频体积小，用户下载速度快，播放流畅，非常适合在网络播放。微信平台对视频文件大小有严格要求，在微信上播出的视频，要求所上传视频大小不超过25 M，出于对节目质量及视频文件大小等因素考虑，建议使用MPEG-4打包格式，码率控制在2 Mbps左右，这样既能满足视频的上载要求，又能保证节目图像质量的清晰度。在为气象影视节目作推流的一览媒体中心平台网站上，尽可能地提供给其较高画面质量的视频，可以适当地增大视频文件的大小，打包为MP4视频格式，编码类型采用H.264，码率选取25 Mbps，以信箱方式打包输出。

AVI已经诞生二十几年，它拥有最广泛的软硬件支持，也是被使用最多的视频格式，但其原始架构过于陈旧，这使得它在对新生代的音视频编码支持上不是很好，而且AVI格式的视频信息在处理时对计算机的运行速度要求较高且存储量过大，在非微软平台使用也不够方便，所以在一定程度上限制了它的使用。MKV的目标就是取代旧式的媒体封装格式，其中最主要的目标就是AVI，MVK最大的特点就是能容纳多种不同类型编码的视频、音频及字幕流，甚至连非常封闭的RealMedia及QuickTime这类流媒体也都被它囊括进去，由于它的压缩算法先进，所以对计算机运行速度要求并不高，可以说是对传统媒体格式的一次大革命，几乎变成一个万能的媒体容器。但MVK还是一种发展中尚未成熟的技术，它没有深远的背景可以依托，现在甚至还没出现一个能直接编辑它的软件。

H.264标准使动态图像压缩技术提升到一个更高的阶段，H.264的最大优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H. 264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍[4]。通过H.264的高效率压缩输出的视频文件体积明显小于MPEG，这样更有利于在网络上传输。在较低的带宽上提供更高质量的图像传输是H.264的应用亮点，这也为互联网的应用提供了广阔的前景。H.264的推广应用对视频终端、网关、MCU等系统的要求较高，这将有力地推动视频会议软、硬件设备在各方面的不断完善。同时，H.264视频编码新标准有利于MPEG-4的压缩性能，可广泛应用于互联网、数字视频录像、数字摄像、DVD及电视广播等领域的图像压缩。

参 考 文 献

[1]张金标，彭卫红，练江帆，等.数字化天气节目演播室技术概述[J].广东气象，2008（4）：48-50.

[2]孔令瑜.多媒体技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2001：62，89.

[3]毕厚杰.新一代视频压缩编码标准—H.264/AVC[M].北京：人民邮电出版社，2005：59-60，66.

[4]楼剑，虞露.新一代的视频编解码标准—H.264[J].当代通信，2003（5）：27-32.