Транскодеры

Транскодеры перекодируют видео и звук потока: снижают битрейт для OTT или мультиплекса, меняют кодек и разрешение, готовят варианты для адаптивных наборов. Каждый транскодер работает как отдельный процесс узла; поддерживается схема «один ко многим» — с одного декодера можно получить несколько выходных потоков с разными настройками кодирования. Транскодирование доступно только SPTS-потокам; в исходном потоке должны быть и видео, и звук.

Архитектура транскодера: один декодер (общий) и N независимых ветвей «обработка + кодер»; звуковые дорожки обрабатываются отдельно от видео, субтитры и телетекст проходят насквозь.

Подключение

Транскодер соединяет два и более потока:

1. На потоке-источнике добавляется выход типа transcoder — это декодер. В его настройках выбирается бэкенд транскодирования (см. ниже).

2. На потоке-результате добавляется вход типа transcoder — это кодер. В его настройках выбирается работающий декодер-источник (поле Decoder).

3. Шаг 2 повторяется для каждого дополнительного варианта — все они используют общий декодер.

Дальше поток-результат работает как обычный SPTS-поток: его можно раздавать в OTT, записывать в DVR, подавать в мультиплексор.

Бэкенды и кодеки

Бэкенд выбирается на декодере (поле Transcoder backend; значения приведены как в интерфейсе):

Video pass-through

Видео проходит без перекодирования; транскодируется только звук. Режим выполняет программный транскодер, поэтому пакет программного транскодирования должен быть установлен (Транскодеры).

Software (CPU)

Программное транскодирование на процессоре.

NVidia (GPU)

Аппаратное транскодирование на графических процессорах NVIDIA.

Intel VPL (GPU)

Аппаратное транскодирование на графических процессорах Intel.

Для GPU-бэкендов устройство выбирается полем GPU device selector (дополнительная настройка). Это нужно на серверах с несколькими картами. Пакеты транскодеров устанавливаются отдельно (Транскодеры); установленные бэкенды, их версии и найденные устройства показаны на экране «О системе» (О системе).

Декодер принимает видео MPEG-2, H.264, HEVC и звук MPEG (Layer 1–3), AAC, AC-3. Кодер выдаёт видео H.264 и HEVC (кодер NVIDIA не поддерживает MPEG-2; MPEG-2 кодируют бэкенды Software и Intel VPL), звук — MPEG Layer II и AAC.

Особенности декодера:

• чересстрочные (interlace) потоки поддерживаются на входе и выходе; для H.264 и HEVC формат interlace alternate (отдельные поля) преобразуется в interleaved;

• для HEVC поддерживается профиль Main10 с BT.709 (SDR) и BT.2020 (HDR); кодер HEVC всегда использует профиль Main с BT.709;

• переменная частота кадров (VFR) преобразуется в постоянную;

• поддерживаются потоки без IDR-кадров.

Настройки декодера

Задаются на выходе типа transcoder потока-источника (названия приведены как в интерфейсе; все перечисленные ниже настройки дополнительные):

Fix PAR (N/D), Fix frame rate (N/D)

Подсказки для исправления данных входного потока: они не преобразуют поток, а корректируют параметры, когда источник их не сообщает или сообщает неверно. Fix PAR — соотношение сторон пикселя дробью (например, 16/9 для Wide SD); Fix frame rate — частота кадров дробью, если она отсутствует в потоке (PAL — 25/1, NTSC — 30000/1001, кино — 24/1).

Convert to BT.709

Конвертация цветовых форматов SD (BT.470-2 PAL, SMPTE 170M NTSC) в BT.709.

Watchdog timeout

Таймаут сторожевого перезапуска процесса транскодера.

Процесс транскодера всегда ведёт подробный журнал; отдельная настройка трассировки не требуется (Контроль работы). Журнал хранится только в памяти узла; как сохранить его для разбора, описано в Журналы транскодера.

Настройки кодера

Задаются на входе типа transcoder потока-результата:

Encoder

Видеокодек: MPEG-2, H.264 (по умолчанию) или HEVC.

Video profile (H.264)

Профиль кодирования H.264: Main или High.

Video rate control

Режим управления битрейтом видео: постоянная скорость — CBR (constant); переменная со средним битрейтом — VBR (average bitrate); переменная с потолком — VBR (maximum bitrate). По умолчанию постоянная скорость.

В обоих переменных режимах кодер перестаёт добивать собственный элементарный поток, поэтому экономия полосы получается только там, где поток-приёмник не выравнивает битрейт обратно: заполнение задаётся полем «Режим битрейта» на вкладке «MPEG-TS» этого потока (Управление битрейтом). Не путать эти два поля: «Режим битрейта» относится к транспортному потоку целиком, Video rate control — только к видеокодеру.

Режим появился в 2.0.2.334. На узле прежней сборки поля нет, а транскодер прежней сборки его не читает и всегда кодирует с постоянной скоростью.

Video bitrate (kbps)

Битрейт видео — одно число на все три режима; что оно означает, задаёт Video rate control, и подпись поля меняется вместе с режимом. При постоянной скорости число — и цель, и потолок буфера. При среднем битрейте число — средняя скорость, а пики доходят до полутора её величин. При потолке число — верхняя граница, которую видео не переходит, а средняя скорость составляет две трети от неё. Второй предел кодер во всех случаях выводит сам из фиксированного отношения пика к среднему 1,5, поэтому максимум отдельным полем не задаётся. Суммарный битрейт потока будет больше за счёт звуковых дорожек.

Resize

Изменение размера картинки: пропорциональное уменьшение в 2 или 4 раза; приведение к SD — варианты SD, SD PAL и SD NTSC, все с широкоэкранным соотношением 16:9; масштабирование SD в HD; задание ширины или высоты (вторая сторона пересчитывается пропорционально). Произвольный размер не поддерживается: он исказил бы пропорции.

Deinterlace

Преобразование чересстрочного видео в прогрессивное (включено по умолчанию; при масштабировании SD в HD применяется автоматически).

Настройки качества и структуры потока (дополнительные настройки):

GOP interval

Интервал ключевых кадров в кадрах. По умолчанию 25, то есть секунда для 25p. Такой интервал рекомендуется, если проигрыватели подключаются к потоку в произвольный момент.

B-frames, Lookahead

Повышают качество кодирования; рекомендуемые значения — 3 и 20–50 кадров соответственно.

Speed preset

Предустановка скорости кодирования от 1 до 7; чем меньше значение, тем выше качество и больше нагрузка. По умолчанию 4.

Frame rate resample

Прореживание частоты кадров в 2 или 4 раза.

Encoder PMT PID, PAT/PMT interval (90kHz)

PID таблицы PMT и интервал повторения таблиц PAT/PMT в выходном потоке; их задают, если поток нужно вписать в план сети.

Сохранение любой настройки кодера перезапускает процесс транскодера. Об этом предупреждает надпись над списком полей. Перезапуск переоткрывает каждый вход, который получает данные от этого экземпляра транскодера, в том числе входы других потоков: в каждом транскодированном выходе будет короткий разрыв, а поток с резервными входами может на это время уйти на резерв (Резервирование источников и раздача).

Несовместимое сочетание параметров задать можно; ошибки видны в журнале транскодера (Контроль работы).

Логотип в кадре

С версии 2.0.2.413 на картинку выходного потока можно наложить логотип из PNG-файла. Логотип рисуют бэкенд NVidia (GPU) и, с версии 2.0.2.415, программный бэкенд (CPU); у бэкенда Intel логотипа нет, в демоверсии этой возможности тоже нет. Программному бэкенду нужен программный транскодер (пакет tcsw) версии 1.2.0.126 или новее. Версию транскодера узел определяет при запуске службы, поэтому после обновления tcsw перезапустите службу и только затем задавайте логотип. Настройка задаётся на входе типа transcoder потока-результата, блоком «Логотип» после поля Deinterlace, отдельно для каждого кодера: у каждого варианта может быть свой логотип со своим положением или не быть его вовсе. Варианты без логотипа не меняются.

Логотип рисуется в своём размере, не масштабируется и не обрезается: он должен целиком поместиться в кадр выхода. Для варианта с меньшим разрешением готовят логотип меньшего размера.

Файлы логотипов

Кнопка «Загрузить PNG…» загружает файл на узел и сразу выбирает его в поле «Файл логотипа»; ранее загруженные файлы выбираются из списка этого же поля, вместе с размером. Принимается любой PNG до 4096×4096 пикселей и 16 МБ; прозрачность учитывается. Повторная загрузка того же файла новой записи не создаёт. Окно «Файлы логотипов…» показывает все файлы узла с размером и потоками, которые их используют; кнопка «Удалить» есть только у неиспользуемых файлов.

Положение

«X от левого края (px)» и «Y от верхнего края (px)» задают левый верхний угол логотипа в кадре выхода, то есть после изменения размера. Оба числа должны быть чётными.

Непрозрачность

«Непрозрачность (%)» — от 0 до 100, по умолчанию 100. Значение умножается на собственную прозрачность PNG.

Размытие фона

«Размытие фона (px)» размывает картинку под логотипом; число задаёт радиус от 0 до 50, 0 — выключено (по умолчанию). «Область размытия» выбирает, что размывать: «Весь прямоугольник логотипа» (по умолчанию) или «Только под формой логотипа», то есть под его непрозрачными пикселями.

Кадр, в который должен поместиться логотип, получается после настройки Resize:

• без изменения размера — кадр источника;

• SD и SD PAL — 720×576, SD NTSC — 720×480;

• SD->HD — 1920×1080, если высота источника не больше 720; у источника выше 720 строк размер не меняется;

• /2 и /4, а также заданная ширина или высота — размер, пересчитанный из кадра источника. У бэкенда NVidia ширина при этом округляется вверх до кратной 32, высота — до кратной 4; у программного бэкенда обе стороны округляются до чётных. Так, высота 720 у источника 1920×1080 даёт кадр 1280×720 у обоих бэкендов, а ширина 1000 — кадр 1024×564 у NVidia и 1000×562 у программного.

Поэтому при одинаковых настройках размера кадр у двух бэкендов может отличаться на несколько пикселей. Окно и проверка при сохранении считают кадр выбранного бэкенда.

Под полями окно сразу сообщает, помещается ли логотип в кадр, а если нет — по какой стороне и на сколько он выходит за край. Кнопка «Превью» показывает кадр и логотип прямоугольниками в масштабе, без картинки, с числами: размер кадра и откуда он взят, размер логотипа, позиция и отступы до правого и нижнего краёв. Если размер кадра зависит от источника, а источник сейчас не работает, окно пишет, что размер станет известен после запуска транскодера. Тогда проверку делает сам транскодер при старте: если логотип не помещается, транскодер не запускается и сообщает об ошибке с теми же числами (Контроль работы).

Узел не даёт сохранить логотип, если:

• декодер работает в режиме Video pass-through: видео не декодируется, и рисовать не на чем;

• бэкенд декодера — Intel; в этом случае блок «Логотип» вместо полей показывает подсказку;

• бэкенд программный, а установленный программный транскодер старше 1.2.0.126;

• координаты нечётные или логотип не помещается в кадр известного размера.

Бэкенд декодера с логотипом можно переключать между NVidia и программным. Если после переключения логотип не помещается в новый кадр, транскодер не запускается и сообщает размер кадра. Переключить такой декодер на Intel или в режим Video pass-through нельзя, пока к нему подключён кодер с логотипом.

Особенности:

• Файлы логотипов хранятся только на своём узле. В резервную копию настроек они не входят и соседям Meshwork не передаются: для потока, перенесённого на другой узел, логотип загружают и там, иначе транскодер не запустится.

• Любое изменение логотипа, включая выбор другого файла, перезапускает транскодер, как и изменение других настроек кодера.

• Если логотип задан хотя бы на одном кодере, транскодер NVidia помечает цвет всех своих выходов как BT.709 и приводит к нему SD-источники BT.470-2 и SMPTE 170M, как настройка Convert to BT.709 декодера. Видимые цвета при этом не меняются; SD-источник без пометки цветового пространства считается уже BT.709 и не пересчитывается. Программный транскодер выдаёт все выходы в BT.709 всегда, с логотипом или без, поэтому логотип на его цвет не влияет.

• Для чересстрочного выхода тонкие горизонтальные линии логотипа делают не меньше двух пикселей: линия в один пиксель мерцает с частотой полей.

Обработка звука

По умолчанию все звуковые дорожки проходят со входа на выход без перекодирования. Лишние дорожки убираются PID-фильтрами на входе потока (Фильтрация MPEG-TS).

Перекодирование звука настраивается правилами отдельно для каждого исходного кодека (дополнительные настройки): дорожку можно пропустить без изменений, перекодировать (MPEG — в AAC; AAC — в MPEG Layer II; AC-3 — в MPEG Layer II или AAC) либо убрать (значение Skip). Дополнительно задаются битрейт звука (Audio bitrate, по умолчанию 128 кбит/с) и громкость понижающего микширования 5.1 (5.1 downmix volume). Если после применения правил в выходном потоке не останется ни одной звуковой дорожки, кодер сообщит об ошибке в журнале.

PCR и битрейт выходного потока

Мультиплексор транскодера формирует новые, согласованные метки PCR. По умолчанию выходной поток передаётся как VBR: суммарный битрейт меняется вместе с фактическим битрейтом видео и звука, и точность PCR по TR 101 290 на приёмной стороне не гарантируется. Если транскодированный поток предназначен для DVB-вещания, включите режим CBR на потоке-приёмнике: заполнение выровняет битрейт и пересчитает PCR (Управление битрейтом). Переменный режим кодирования усиливает неравномерность: битрейт видео меняется вместе с содержанием, и без заполнения на приёмнике транспортный поток тем более неровен.

Контроль работы

Экран «Транскодеры» (Транскодеры) показывает все экземпляры. Каждая строка описывает отдельный экземпляр (декодер и подключённые к нему кодеры): состояние, тип бэкенда, время работы, загрузку CPU и память. Окно «Экземпляр транскодера» (Экземпляр транскодера) раскрывает источник, список кодеров с параметрами выходного видео, ресурсы процесса и журналы текущего и предыдущего запусков. С этого окна начинают диагностику. Журнал завершившегося запуска стирается уже вторым перезапуском процесса, поэтому при сбое его копируют сразу (Журналы транскодера).

Загрузка GPU-устройств отображается на экране «Системный монитор» (Системный монитор). Превышение порогов CPU, памяти и загрузки GPU, а также недоступность настроенного бэкенда вызывают оповещения (Каталог кодов алертов).