視頻編碼原理及淺析

索引基本概念視頻編碼原理

文件格式分析基本概念編解碼編解碼器（codec）指的是一個能夠?qū)σ粋€信號或者一個數(shù)據(jù)流進行變換的設(shè)備或者程序封裝很多多媒體數(shù)據(jù)流需要同時包含音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，這時通常會加入一些用于音頻和視頻數(shù)據(jù)同步的元數(shù)據(jù)，例如字幕。這三種數(shù)據(jù)流可能會被不同的程序，進程或者硬件處理，但是當它們傳輸或者存儲的時候，這三種數(shù)據(jù)通常是被封裝在一起的。通常這種封裝是通過視頻文件格式來實現(xiàn)的，例如常見的*.mpg,*.avi,*.mov,*.mp4,*.rm,*.oggor*.tta.這些格式中有些只能使用某些編解碼器，而更多可以以容器的方式使用各種編解碼器?；靖拍钜曨l編碼：視頻壓縮，是計算機處理視頻的前提。視頻信號數(shù)字化后數(shù)據(jù)帶寬很高，原始的720P約533Mbps。經(jīng)過H.264壓縮，帶寬可以降至5Mbps以下，甚至數(shù)百Kbps視頻編碼方案(標準)有很多，主要的有MPEG系列(由ISO下屬的MPEG[運動圖象專家組]開發(fā))和H.26X系列(由ITU主導(dǎo)，側(cè)重網(wǎng)絡(luò)傳輸)?；靖拍頗.261:為ISDN設(shè)計，主要針對實時編碼和解碼設(shè)計，壓縮和解壓縮的信號延時不超過150ms，碼率px64kbps(p=1~30）。主要采用運動補償?shù)膸g預(yù)測、DCT變換、自適應(yīng)量化、熵編碼等壓縮技術(shù)。只有I幀和P幀，沒有B幀，運動估計精度只精確到像素級。支持QCIF和CIFH.263:甚低碼率的圖像編碼國際標準，它一方面以H.261為基礎(chǔ)，以混合編碼為核心，其基本原理框圖和H.261十分相似，原始數(shù)據(jù)和碼流組織也相似；另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些國際標準中有效、合理的部分，如：半像素精度的運動估計、PB幀預(yù)測等，使它性能優(yōu)于H.261。碼率可小于64Kb/s，支持多種分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF、16CIF。MPEG-1：主要針對SIF標準分辨率的圖像進行壓縮，目標碼率為1.5Mb/s。特點：1.隨機存??；2.快速正向/逆向搜索；3.逆向重播；4.容錯性.基本概念MPEG-2：“21世紀的電視標準”，它在MPEG-1的基礎(chǔ)上作了許多重要的擴展和改進，但基本算法和MPEG-1相同。和MPEG-1向下兼容，主要針對存儲媒體、數(shù)字電視、高清晰等應(yīng)用領(lǐng)域，分辨率為：低（352x288），中（720x480），次高（1440x1080），高（1920x1080）。MPEG-4：相對于MPEG-1/2在低比特率壓縮上有著顯著提高，在CIF（352*288）或者更高清晰度（768*576）情況下的視頻壓縮，無論從清晰度還是從存儲量上都比MPEG1具有更大的優(yōu)勢，也更適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外MPEG-4可以方便地動態(tài)調(diào)整幀率、比特率，以降低存儲量。設(shè)計過于復(fù)雜，難以完全實現(xiàn)并且兼容，另外還有高昂的專利費的問題?；靖拍頗.264/AVC：由ITU-T與MPEG聯(lián)合制定。它集中了以往標準的優(yōu)點，在壓縮編碼效率、視頻內(nèi)容自適應(yīng)處理能力方面及網(wǎng)絡(luò)層面，特別是對IP網(wǎng)絡(luò)及移動網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)處理能力、抗干擾能力與頑健性等方面，相比H.263/MPEG-4均有大幅度提高。一般來說H.264的數(shù)據(jù)壓縮率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。

專利費：H.264廣播時基本不收費；產(chǎn)品中嵌入H.264編/解碼器時，年產(chǎn)量10萬臺以下不收取費，超過10萬臺每臺收取0.2美元，超過500萬臺每臺收取0.1美元。H.265HEVC.同H.264有ITUMEPG聯(lián)合定制.定義了34種幀內(nèi)預(yù)測方向(H.264位9種),更好的提高編碼性能.向高清晰度和高幀數(shù)高壓縮率方面更進一步發(fā)展,清晰度達到了8K4K,幀數(shù)達到240FPS,壓縮率更是超越H.26470%左右.可以通過網(wǎng)絡(luò)更好的傳輸4K2K信號.

專利費,內(nèi)容制造商需要支付其毛收入的0.5％作為專利費,設(shè)備制造商為每臺設(shè)備1.5美金.視頻編碼原理視頻編碼框架：H263、MPEG4、H264等編碼標準都基于這個標準框架在目前的視頻編碼標準框架結(jié)構(gòu)中，通常采用基于運動補償?shù)臅r域預(yù)測去除時間冗余，采用基于塊的變換編碼去除空間冗余，使用熵編碼去除前面兩步生成數(shù)據(jù)中的信息熵冗余。這三種主要技術(shù)的組合，再輔以若干增強編碼算法，就形成了基于塊的混合編碼框架。視頻編碼原理在基于塊的視頻編碼方法中，各個塊的編解碼是互相獨立的，由于預(yù)測、補償、變化、量化等引起塊與塊之間的邊界處會產(chǎn)生不連續(xù)，因此新版H．264／AVC標準采用了環(huán)路內(nèi)去塊濾波器來解決每個16×16宏塊重建后的邊界扭曲問題。去塊效應(yīng)濾波有兩種方法：后處理去塊效應(yīng)濾波；環(huán)路內(nèi)去塊效應(yīng)濾波。H．264／AVC采用環(huán)路內(nèi)去塊效應(yīng)濾波（見上圖），即濾波后的幀作為后面預(yù)測的參考幀。與之前的H．263或MPEG的濾波器相比較，新版H．264標準采用的濾波器基于更小的4×4的基本宏塊，基本宏塊的邊界根據(jù)片級／宏塊級的特性與根據(jù)像素穿過濾波邊界的漸變度，對需要濾波的宏塊邊界進行有條件的濾波。重建幀的每個像素都需要從外部存儲器中重調(diào)出來以進行濾波處理或作為相鄰像素來判斷當前像素是否需要進行濾波。顯然，這些操作需要消耗巨大的存儲器帶寬，對像素值進行修改。視頻編碼原理視頻合成：多個視頻源在YUV空間或RGB空間進行像素的重新排列文件格式分析從工具中可以得知,視頻文件名為AVI但是實際采用H264編碼,那么在代碼中他會走H.264的處理模式這點是非常重要的,因為針對不同的編碼格式,程序會走不同的帶寬和解碼模式.針對一個視頻文件.我們舉例如下,分析工具為mediainfo30.avi為示例文件文件格式分析從工具中可以得知,視頻文件名為AVI但是實際