Matroska多媒体封装格式的完全演绎

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1、Matroska多媒体封装格式的完全演绎1、多媒体文件格式介绍我们先把题目的主题划分成三块：Mastroka、多媒体文件和格式。多媒体文件包括我们常见的音频、视频、字幕、图像等；格式说的是文件编码类型，文件的结构，是对文件编码方式，文件结构的一种约定，便于区分。如同一把钥匙开一把锁，不同的文件要用不同的方法去读，去显示，去写，去打开或运行；Matroska就是论文的中心，是一种格式的名称，就像我们常见的图片格式jpg、音频格式mp3、视频序列串格式tga等。Matroska是一种怎样的多媒体文件格式，要理解它，首先要先明白一个“媒体容器”的词，简单的说就是把多媒体文件给放一起，怎么放一起就要用

2、一个容器。当我们在电脑上播放一个电影的时候，我们并没意识到，实际上我们至少在同时播放一个视频和一个音频。由于同时播放两个文件，比如一个MP3音频文件和一个视频文件，是非常不现实的，因此我们把音频和视频打包到一个文件里，这个文件就叫做容器格式的文件，与压缩文件相类似，我们常见的压缩文件格式有ZIP和RAR。不过容器格式比这个更复杂一些，因为不是所有的视频流格式兼容所有的容器格式。一个视频文件一般包含多个track，而每个视频track（没有音频）又可对应一到多个音频track。这些track又总是相互关联的。每个音频track内部包含标记用于和视频同步。每个track可包括元数据，比如视频tra

3、ck的纵横比（视频长和宽），或者音频track的语言。容器也可以有元数据，比如视频自身的题目，视频的封面，片段号码（用于在电视上展示）等等。但是容器格式文件及其相关软件必须提供许多重要功能，比如在播放时保证音频和视频的时序一致。WinZIP或者WinRAR可以方便地打包多个音视频文件在一起传输，但是它们显然无法解决保证时序播放的问题，所以才衍生出这种容器格式文件，目前比较知名的容器格式包括AVI（.avi）、MPEG（.mpg, .mpeg）、QuickTime（.mov）、RealMedia（.rm）、MP4（.mp4）、Ogm等等。从上面的容器格式，我们应该与我们常说的视频格式区分开。我们

4、常把视频格式等同于容器格式，其实这是不确切。准确的说，像上面所提及的容器格式是一种文件格式，我们电脑上常见的AVI这种文件。而同一种文件格式，如AVI，又分为MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4几种视频格式，然后同一种视频格式格式，如MPEG-4又可以使用多种视频编码。所以容器格式并不是让非专业人士头疼的视频编码。多媒体文件格式这种容器特性，我们把它叫做特性，即多媒体封装格式(Multimedia Container Format简称MCF、多媒体容器)。所谓封装格式就是将已经编码压缩好的视频轨和音频轨按照一定的格式放到一个文件中，也就是说仅仅是一个外壳，或者大家把它当成一个在视频处理过程

5、中放视频轨和音频轨的文件夹也可以。MCF的文件格式包含着流式传输和广播设备。它并不压缩视频和音频的，它不同于DivX、 MP3这类编码格式，但它就像一个容器一样可以把很多的多媒体容纳，它只是为多媒体编码提供了一个“外壳”，例如：MPEG-4 (XviD、DivX)，AC3，Ogg Vorbis，MP3等。2、Matroska多媒体封装格式介绍 2、1 Matroska概览Matroska是一种新的多媒体封装格式，它可将多种不同编码的视频及16条以上不同格式的音频和不同语言的字幕流封装到一个Matroska Media文件当中! 而对于我们以前常见的AVl、VOB、MPEG、OGG等封装格式要么

6、结构陈旧，要么不够开放，正因为如此，才促成了Matroska这类新的多媒体封装格式的诞生。 Matroska媒体定义了三种类型的文件：MKV是视频文件，它里面可能还包含有音频和字幕；MKA是单一的音频文件，能够容纳所有支持音频格式， 如MP2, MP3, VORBIS,AAC, AC3, DTS.但可能有多条及多种类型的音轨；MKS是字幕文件，所谓“ELEMENTARY”的MATROSKA流，支持任意字幕。这三种文件以MKV最为常见，它可以封装多种流行的视频视频和音频，尤其是主流的Real，并且它还采用了一种更加灵活的框架，叫做EBML(Extensible Binary Meta Langu

7、age)，它允许在未来为Matroska增加许多功能（如新的A/V codecs（音视频解码器），类DVD目录）而且不破坏向下兼容性，能兼容老的软件、文件，以确保能够支持将来新出现的压缩格式：包含各种支持的音频编码，如MP2, MP3, Vorbis, AAC, AC3, DTS, PCM；还可以包含“任意开关”的srt、ssa、ass等软字幕。Matroska加入AVI所没有的EDC错误检测代码，这意味着即使是没有下载完毕的MKV文件也可以顺利回放，这些对AVI来说完全是不可想象的。虽然Matroska加入了错误检测代码，但由于采用了新的更高效的组织结构，用MKV封装后的电影还是比AVI源文

8、件要小了约1%，这就是说即使加上了多个字幕，MKV文件的体积也不可能比AVI文件大。 Matroska支持可变帧率（VFR，即Variable Frame Rate）的视频编码，这种VFR视频的帧率是不固定的，它可在动态画面中使用较大的帧率，而在静态画面中使用较小的帧率，这样可以有效的减少视频文件的体积，并改善动态画面的质量。它的作用比目前广泛使用的VBR（可变码率）更为明显。2、2 MKV概览Matroska多媒体封装格式以MKV视频文件在应用上更为常见，两年前在网络上视频的传播还很少见到此类格式的视频文件供下载。 而现在到主流的影视下载站点，像狗狗影视或者更为专业的影视下载站点，遇上这种格

9、式的视频文件已经是很正常，并且朝着取代之前流行的RMVB视频的趋势发展。以MKV来了解Matroska最有代表性，而且网络上也往往以MKV来指代Matroska。MKV作为Matroska的一个子类文件格式，它继承Matroska多媒体文件的特点，可将多种不同编码的视频及16条以上不同格式的音频和不同语言的字幕流封装到一个Matroska Media文件当中，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 这类流媒体也被它囊括进去，可以说是对传统媒体格式的一次大颠覆，几乎变成了一个万能的媒体容器。目前它所能封装的视频、音频

10、、字幕类型包括： 文件格式 编码方式AVI文件包括采用DivX、XviD、3ivX、VP6视频编码，及PCM、MP3、AC3等音频编码的AVIRealMedia文件包括RealVideo和RealAudioQuickTime文件MOV及MP4视频Windows Media文件包括ASF、WMV格式MPEG文件： 包括MPEG-1、MPEG-2的M1V、M2V Ogg/OGM文件包括Ogg Vorbis、OGM、FLAC文件Matroska Media文件包括MKV、MKA、MKS文件音频文件WAV、AC3、DTS、MP2、MP3、AAC/MP4字幕文件SRT、USF、SSA/ASS文本字幕、S

11、ubVob图形字幕（后缀为IDX、SUB）、BMP图形字幕（以一组BMP图片及时间码构成的字幕）此外，Matroska文件中还可包括章节、标签（Tag）等信息，甚至还可加上附件！ Matroska所谓封装AVI、RM、MOV等媒体，但它并不是简单将它们不加改变的合并到Matroska中，而是将它们的音视频流进行了重新组织。 3、MKV与传统封装格式的优势3、1 MKV的发展历程既然在Matroska出现前已经存在一种非常成熟的容器格式，为什么还要发展Matroska？Matroska较其他的多媒体封装格式具有什么优势？AVI是微软公司在20世纪90年代早期推出的一种音视频容器格式，可以非常灵活

12、地处理当时的各种音视频编码。有必要了解的是，AVI是VFW（Video For Windows）框架的一部分，非常不幸的是，VFW无法支持音视频编码目前支持的更高级特性，比如动态码率音频编码（VBR）、动态帧率视频编码（VFR）。尽管AVI在90年代中后期扩展了其标准，叫做“Open DML AVI”，克服了许多恼人的限制，比如2GB文件大小限制，但仍然无法提供对很多现代压缩格式的兼容，比如开源的Ogg Vorbis音频压缩格式。Matroska跨越了所有的此类障碍，从而提供了对所有可知的音视频格式的支持，因为其采用了一种更加灵活的框架EBML，以确保能够支持将来新出现的压缩格式。这种框架允许

13、增加对容器格式的新特性，同时不破坏原有软件和文件的向后兼容性。在2000年时候，开发者眼见AVI已经时势已去，不能再作长久的发展，于是就开发这个科研项目。原来这个科研项目的开发是始于在“如何成为最佳的视频格式”为议题下进行脑力激荡法的。在那时，这个科研项目只是一个文字档案的。整个开发在2002年12月7日开始，是多媒体封装格式科研计划之一。经过一场的争议后，Matroska决定使用Extensible Binary Meta Language（EBML， 可扩展的二进制元语言）取代其它二进制格式。EBML语言使用不定长整数,这种方式相对于固定长度的32位/64位字长的整数值更节约空间.放置的位

14、置也不受字节对齐约束.这种长度编码方式来自于UTF-8编码规范.。开发者相信使用EBML有很多优点，例如若将来有新的开发计划发展或改变开发目目标时候，更容易扩充程序。Matroska是一个免费，开源的容器格式，在可扩展的基础上着力于提供老式格式象AVI不具有的许多改进的特性。AVI的出现已经超过了10年，渐渐体现出老态了，除了近年通过VD可以拥有2个音轨，没有其他的改进。 Ogm的出现，标志着多音轨格式的出现，可以合成8个以上的音轨，音频上自然也多了ogg这个格式，重要的是可以“内挂”字幕，老外称为“软字幕”，可以任意开关，可以“内挂”8个以上的字幕，美中不足的是仅仅支持srt格式，并且不支持

15、Unicode，对亚洲字符支持严重不足。还有一个就是Chapter功能，可以自定义段落，播放时就可以选择了，越来越像DVD。但是当时的ogm源码是不公开的，就那么几个人在开发，自然进度慢了，几乎陷入了“死亡”。后来宣布公开源码，加入Open Source行列，重新开始开发。MKV就是在Ogm停滞的那段时间出现的，由俄罗斯的程序员开发的，从一开始就是Open Source，因此得到了很多其他程序员的帮助，开发速度相当快。3、2 AVI封装格式AVI是微软1992年推出用于对抗苹果Quicktime的技术，因为当时还没有流式播放需要，AVI的将索引布置在打包文件的尾部，这就使得AVI封装不能做到流

16、式播放，在用电脑播放AVI封装的高清视频时，会发现，当拨动时间指针后，图像开始播放后若干秒后，才能发出同步声音。尽管国际学术界公认AVI已经属于被淘汰的技术，但是由于windows的通用性，和简单易懂的开发API，还在被广泛使用。AVI的文件结构、分为头部, 主体和索引三部分. 主体中图像数据和声音数据是交互存放的。从尾部的索引可以索引跳到自己想放的位置。AVI本身只是提供了这么一个框架，内部的图像数据和声音顺据格式可以是任意的编码形式。因为索引放在了文件尾部，所以在播internet流媒体时已属力不从心。很简单的例子，从网络上下载的片子，如果没有下载完成，是很难正常播放出来。另外一个问题是A

17、VI对高码率VBR音频文件支持不好。VBR全称是Variable BitRate，就是动态比特率，可以根据当前的需要定义不同的比特率，避免了浪费，并且提高了利用率。随之问题也就来了，因为容器里的图像和声音是分开的，所以播放时需要一个图像和声音的同步过程，如果CBR音轨的话因为码率是定值，同步不成为问题，可是VBR音轨是不断的在变换，而AVI没有时间戳去让VBR音轨和图像同步，这样就会产生图像声音不同步的问题。后来VirtualDub提出了一种新的方法扩充了AVI对VBR音频的兼容，但是在高码率时会产生丢失数据的问题，从而导致有损音效，这一点问题到现在都没有比较完美的解决方法。并且更加令人遗憾的

18、是，对TrueHD, DTS-HD等音效更是完全不能支持。3、3 MKV封装格式的优势MKV封装十分新颖，而且也非常开放，它对比AVI的优势体现在以下几点：1、可变帧率：这需要编码的配合，试想一下在回放变化比较慢(比如说静物)时以比较低的FPS来代替，可以节省不少资源。2、错误检测以及修复：这无疑提供了纠错和容错性，在网络传输的今天尤为需要。3、软字幕：经常看DVDrip以及HDrip的朋友了解到，字幕一般都是以其它文件形式存在，在MKV里它可以内嵌在封装里，但不会和视频混淆，也可以多字幕随意选择。这样在传输保存时比较方便。4、流式传输：这和TS流的原因基本一致，通过时间戳来管理视频以及音频的

19、同步问题，做到即下即看。5、菜单：交互式的操作使得MKV更加人性化。6、强大的兼容性：MKV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，即使是非常封闭的RealMedia及QuickTime也被它包括进去了，堪称万能的媒体容器。7、开放性和跨平台性：Matroska使用的是一种开放的架构，拥有众多的先进特性，并且能跨平台使用。MKV和AVI的比较格式错误检测可变帧率软字幕流式传输菜单非微软平台MKV有支持支持即将支持即将支持支持AVI无不支持不支持不支持不支持支持不够3、4 MKV在高清方面的优势这两年，“高清”是一个热门字眼。从电脑卖场到家电卖场，从现实生活到网络世界，高清都有

20、很高的出镜率。一说到显示器显卡，都是冠以支持高清；一说到液晶电视，也要冠以支持全高清；一提到数码相机和摄像机，也以支持高清拍摄为卖点；一说到从网上下载电影，也首先想到是不是达到高清视频的清晰度。“高清”的说法可以说是无处不在。但是，经常挂在嘴边的概念往往人们对它的误读也是最多的，因为已经习惯成自然了。在网上许多关于MKV问题都会提及到一个AVI和MKV谁更清晰的问题，毕竟基于现在的网络传播速度和电脑配置性能对高清的“奢求”都是很简单就能实现的。但是这问题这样说本身就是有问题，通过前面的概述我们知道MKV和AVI只是一种封装手法，不能决定清晰度的，清晰度主要还是要看片源本身的。就拿一杯水来说，想

21、知道水杯里的水清不清，关键不是看装水的水杯怎么样，实际还是在于水本身清不清。MKV和AVI格式的片本身不存在容量谁大谁小谁更清晰，主要要看编码时采用多高的码率，码率越高，文件越大，一般码率越高相对越清。像VOB就是DVD的原文件格式，也就是没经过重编码的，当然大很多，也比重编码过的MKV和AVI清晰。MKV和AVI只不过是一种把原片重编码后封装出来的一种文件格式，搞清楚这点，就不会对这些不同格式产生这么多疑问了。MKV之所以现在大受欢迎，尤其是在普及高清后，就是因为它采用X264编码成，这个方式可把原片压成较之AVI小很多的文件，但片的质量能达到很接近原片的程度。早前AVI采用DIVX编码也是

22、这个原因，只不过X264编码已经实践证明目前比AVI的DIVX更好些。X264就是一种目前流行的编码方式。X264是一种采用H.264标准的、算法优秀的视频压缩编码格式。而且X264是免费的，开源的。在相同质量下，X264压缩出的视频文件要比DVIX压缩出的文件体积更小。也就是说，在相同体积下，X264比DVIX压缩后的文件质量要好，画面效果更好。可以说，X264来源于H.264标准。H.264视频编码的目标就是在尽可能低的存储情况下获得更好的图像质量，同时方便视频快速传输。网络流行的影片下载区圣城家园上下载的高清rmvb，大小都是1.22.2G之间，而推出MKV后发现，MKV的容量和RMVB

23、差不多大，但是无论从画质还是音质来说720p（标准视频分辨率要达到1280720；视频是逐行扫描方式，逐行扫描的画面清晰无闪烁，动态失真较小）的MKV都远远的强于720p 的RMVB，而且还有多音轨和多字母。高清视频由于分辨率高、画质细腻、画面流畅，码率相当高、数据量相当得大，所以一部1080p高清电影只能存放在蓝光光盘上。而为了便于网络传播，高清视频被重新编码、压缩、存放成了不同的文件形式。这种方式也是在蓝光播放机和蓝光电影碟普及之前，我们享受高清视频最方便的一种方式。如今网上最常见的高清视频文件是MKV，它成为了在PC上保存、回放高清视频的主流文件格式。4、MKV 应用演示的设计与制作过程

24、4、1 MKV应用演示短片的设计现时播放Matroska这类格式并不需要专用的播放器，基本上任何播放器都可以播放MKV文件。如常见的暴风影音、Kmplayer播放器等，甚至包括 Windows Media player（WMP）。在微软操作系统下，一般解码方法，是通过DirectShow分流器（DirectShow Filters），“直接地”把视频流或音频流以DirectX输出至硬件的驱动程序。所以Windows Media Player以及Realplayer 都可以播放MKV格式，只要你安装了MKV的分解插件( AVI的分解插件WINDOWS已经自带了， 但Windows不带MKV的分解

25、插件)。 这个插件名字叫作Matroska pack,，MkV的分解插件仅仅是负责把MKV文件里的视频、音频和字幕分离, 你还必须有播放他们相应的插件,才可以正常播放, 如如果这个视频Xvid压制的，你需要Xvid插件；如果这个音频是DTS的，那你还需要DTS插件。 通常大多数的视频解码插件都在FFdshow里了，所以只要你安装了Matroska Pack，ffdshow，Ac3filter，Vobsub， 你就可以用WMP或者Realplayer播放MKV文件。其中Gabest(开发vobsub的公司)开发的Plugin，不仅开发了专门的播放器Media Player Classic(俗称M

26、PC)，还开发了很多的MKV用的Mux(合成器)，尤其是Real格式的Mux。Real的rmvb是封闭格式，官方的Helix根本就不支持多声道所以尽管算法很优秀，但在声效大片的再现上就无能为力了，但Gabest开发的Realmedia Splitter和MKVMux可以让RMVB格式的视频和AC3、DTS合成MKV，从根本上克服了RMVB音频上的弱点。不仅如此，还开发了VSFilter.dll和SubtitleSource.ax这2个Plugin，宣布支持ssa和ass的格式软字幕。用WMP也能播放(正确安装了插件)MKV文件了，但是不能充分发挥MKV的功能，使用Gabest制作的Media

27、Player Classic，它体积小，占用系统资源少，而且功能强大，界面和大家常用的WMP6.4几乎一样，所以使用很方便，主要是WMP不支持MKV的导航分段功能，而为了方便大家观看，很多片子都分了几个段落，可是直接跳转到OP、ED或正文部分。大家使用这个播放器MPC打开后，可以看到有个 “导航”按钮(英文版是Navigation)，这个里面就包含了跳转段落功能，默认的快捷键是PageUp(跳至前一段)和PageDown(跳至后一段)。演示所涉及到MKV介绍与直观优势： 1、MKV的封装特性；形象生动解释MKV的容器性。2、支持多音轨，多达16条以上： 在演示短片中放入三条音轨，演示音轨的切换

28、。3、支持ssa，ass软字幕，多达16条以上：放入三条字幕，并且起码使用两种以上的字幕格式。4、支持段落选取(由制作人决定)；按演示的内容不同，给短片分成几个段落，演示段落的选取。4、2 MKV封装方法 Mkvtoolnix是目前功能最齐全的Matroska合成器，除了WMV和MPEG-1和MPEG-2之外，它几乎能将所有的媒体合成到MKV中去5、MKV商业前景与未来Matroska的目标就是要取代旧式的媒体封装格式，其中最主要的目标就是AVI。 AVI已经诞生十几年了，目前它依然还保持着旺盛的生命力，但其原始架构过于陈旧，这使得它在支持新的音视频编码上非常困难，在非微软平台使用也不够方便。

29、而Matroska使用的是一种开放的架构，拥有众多的先进特性，并且能跨平台使用，这是AVI所望尘莫及的。不过AVl毕竟树大根深，它拥有最广泛的软硬件支持，而这一点正是衡量MKV是否成功的一个标志，但目前它还做不到这点，现在甚至还没出现一个能直接编辑它的软件，毕竟它诞生还不到几年。但在这么短的时间里，Matroska取得的进展也是非常引人注目的。但Matroska毕竟还是一种发展中的技术，它没有深厚的背景可以依托，这决定了它不可能在商业领域(如DV、数字电视)里有所作为，同样的道理，它要想取代 AVI成为一种通用的多媒体封装格式并不会十分顺利。不过，DVDRip的普及历程告诉我们，流行才是硬道理

30、!DVD播放机厂商现在不是也已经放下架子，对DVDRip提供支持了么。从DVDrip里我们看到并非标准才是唯一，真正先进的技术在标准化商业化的道路上碰到很多非技术壁垒，而在网上而言，根本不存在这样那样的顾虑，所以MKV可以网上快速流行起来。MKV的缺点也是显而易见的，分离器方面比较好的仅有HAALI分离器，再加上民间标准的缘故，我们很难在PC以外的地方能见到它的存在。所以，Matroska目前最需要做的就是让更多的人知道它。可喜的是，最近的MKV动态，Divx新产品实现Win7原生支持MKV视频文件。最新的DivX Tech Preview软件实现了Windows 7对MKV视频文件的原生支持

31、，Windows 7用户可以通过Windows Media Center、Windows Media Player直接播放MKV视频文件，Windows资源管理器也可以显示MKV视频的缩略图了。Windows 7之前已经支持AVI/DivX文件，但由于MKV文件已经迅速成为高清文件的标准格式，而Windows Media Center以及Xbox 3.6等外设上却无法播放MKV视频文件，鉴于此DivX公司开发了DivX Tech Preview。安装DivX Tech Preview后Windows 7便可以支持MKV文件，任何基于微软本地多媒体支持的软件和应用上都可以播放MKV视频，而且它也

32、支持视频解码硬件加速。当然用户依然可以根据自己的喜好习惯选择播放器播放此类文件，不过安装DivX Tech Preview后你会发现缩略图也可以使用了。虽然目前MKV没有商业背景，几乎只活跃在PC平台上，尽管功能丰富，但是我们相信据于此它就可能是下一代封装格式的霸主。 Matrosk整个开发有几个目标：1、建立一个现代、灵活、延伸性、多平台的互联网服务器，快速查找文件； 2、发展一套创作和编辑用的Matroska文件工具，并在GNU通用公共许可证下发布； 3、开发一个网络图书馆，允许开发者向Matroska申请，将他们自行开发的应用软件加入Matroska音频格式，并在GNU宽通用公共许可证下发布； 4、与硬件制造商合作，把他们的音频格式嵌入多媒体的设备里； 5、支授以Matroska在各种各样的操作系统（包括Windows、DirectShow、Linux、Haiku 和多媒体处理框架GStreamer）的运作 。3.6.202221:0621:06:0922.3.69时6分9时6分9秒3月. 6, 226 三月 20229:06:09 下午21:06:092022年3月6日星期日21:06:09