視頻編解碼器

視頻編解碼器可對(duì)數(shù)字視頻壓縮或者解壓縮的程序或者設(shè)備01原理簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)理念應(yīng)用領(lǐng)域常用分類目錄030204基本信息視頻編解碼器，是指一個(gè)能夠?qū)?shù)字視頻進(jìn)行壓縮或者解壓縮的程序或者設(shè)備。通常這種壓縮屬于有損數(shù)據(jù)壓縮。歷史上，視頻信號(hào)是以模擬形式存儲(chǔ)在磁帶上的。隨著CompactDisc的出現(xiàn)并進(jìn)入市場(chǎng)，音頻信號(hào)以數(shù)字化方式進(jìn)行存儲(chǔ)，視頻信號(hào)也開始使用數(shù)字化格式，一些相關(guān)技術(shù)也開始隨之發(fā)展起來。原理簡(jiǎn)介原理簡(jiǎn)介音頻和視頻都需要可定制的壓縮方法。工程師和數(shù)學(xué)家們嘗試了很多種不同的辦法來試圖解決這個(gè)問題。一個(gè)復(fù)雜的平衡關(guān)系存在于以下因素之間：視頻的質(zhì)量、用來表示視頻所需要的數(shù)據(jù)量(通常稱之為碼率)、編碼算法和解碼算法的復(fù)雜度、針對(duì)數(shù)據(jù)丟失和錯(cuò)誤的魯棒性(Robustness)、編輯的方便性、隨機(jī)訪問、編碼算法設(shè)計(jì)的完美性、端到端的延時(shí)以及其它一些因素。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域在日常生活中，視頻編解碼器的應(yīng)用非常廣泛。例如在DVD(MPEG-2)中，在VCD(MPEG-1)中，在各種衛(wèi)星和陸上電視廣播系統(tǒng)中，在互聯(lián)上。在線的視頻素材通常是使用很多種不同的編解碼器進(jìn)行壓縮的，為了能夠正確地瀏覽這些素材，用戶需要下載并安裝編解碼器包--一種為PC準(zhǔn)備的編譯好的編解碼器組件。由用戶自己來進(jìn)行視頻的壓縮已經(jīng)隨著DVD刻錄機(jī)的出現(xiàn)而越來越風(fēng)行。由于商店中販賣的DVD通常容量比較大(雙層)而當(dāng)前雙層DVD刻錄機(jī)還不太普及，所以用戶有時(shí)候會(huì)對(duì)DVD的素材進(jìn)行二次壓縮使其能夠在一張單面DVD上完整地存儲(chǔ)。隨著高科技的快速發(fā)展，為了滿足了更多領(lǐng)域的需求，高清視頻編解碼器也應(yīng)運(yùn)而生。高清視頻編解碼器可應(yīng)用于：視頻會(huì)議、安防監(jiān)控、醫(yī)療示教、課堂錄播、無人值守、庭審系統(tǒng)等各種環(huán)境條件下的軟硬件配套服務(wù)。設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)理念視頻編解碼器設(shè)計(jì)一個(gè)典型的數(shù)字視頻編解碼器的第一步是將從攝像機(jī)輸入的視頻從RGB色度空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr色度空間，而且通常還伴有色度抽樣來生成4:2:0格式的視頻(有時(shí)候在隔行掃描的情況下會(huì)采用4:2:2的抽樣方式)。轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr色度空間會(huì)帶來兩點(diǎn)好處：1)這樣做部分的解除了色度信號(hào)中的相關(guān)性，提高了可壓縮能力。2)這樣做將亮度信號(hào)分離出來，而亮度信號(hào)對(duì)視覺感覺是最重要的，相對(duì)來說色度信號(hào)對(duì)視覺感覺就不是那么重要，可以抽樣到較低的分辨率(4:2:0或者4:2:2)而不影響人觀看的感覺。在真正的編碼之前，對(duì)空域或者時(shí)域抽樣可以有效地降低原始視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量。輸入的視頻圖像通常被分割為宏塊分別進(jìn)行編碼，宏塊的大小通常是16x16的亮度塊信息和對(duì)應(yīng)的色度塊信息。然后使用分塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償從已編碼的幀對(duì)當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。之后，使用塊變換或者子帶分解來減少空域的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。最常見的變換是8x8的離散余弦變換(DCTfordiscretecosinetransform)。變換的輸出系數(shù)接下來被量化，量化后的系數(shù)進(jìn)行熵編碼并成為輸出碼流的一部分。實(shí)際上在使用DCT變換的時(shí)候，量化后的二維的系數(shù)通常使用Zig-zag掃描將系數(shù)表示為一維的，再通過對(duì)連續(xù)0系數(shù)的個(gè)數(shù)和非0系數(shù)的大小(Level)進(jìn)行編碼得到一個(gè)符號(hào)，通常也有特殊的符號(hào)來表示后面剩余的所有系數(shù)全部等于0。這時(shí)候的熵編碼通常使用變長(zhǎng)編碼。解碼基本上執(zhí)行和編碼的過程完全相反的過程。其中不能被完全恢復(fù)原來信息的步驟是量化。常用分類常用分類常用的視頻編解碼器很多視頻編解碼器可以很容易的在個(gè)人計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)，這使得在這些設(shè)備上有可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種視頻編解碼器，這避免了由于兼容性的原因使得某種占優(yōu)勢(shì)的編解碼器影響其它編解碼器的發(fā)展和推廣。最后我們可以說，并沒有哪種編解碼器可以替代其它所有的編解碼器。下面是一些常用的視頻編解碼器，按照它們成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間排序：MPEG-1第二部分MPEG-1第二部分主要使用在VCD上，有些在線視頻也使用這種格式。該編解碼器的質(zhì)量大致上和原有的VHS錄像帶相當(dāng)，但是值得注意的是VCD屬于數(shù)字視頻技術(shù)，它不會(huì)像VHS錄像帶一樣隨著播放的次數(shù)和時(shí)間而逐漸損失質(zhì)量。如果輸入視頻源的質(zhì)量足夠好，編碼的碼率足夠高，VCD可以給出從各方面看都比VHS要高的質(zhì)量。但是為了達(dá)到這樣的目標(biāo)，通常VCD需要比VHS標(biāo)準(zhǔn)要高的碼率。實(shí)際上，如果考慮到讓所有的VCD播放機(jī)都可以播放，高于1150kbps的視頻碼率或者高于352x288的視頻分辨率都不能使用。大體來說，這個(gè)限制通常僅僅對(duì)一些單體的VCD播放機(jī)(包括一些DVD播放機(jī))有效。MPEG-1第三部分還包括了如今常見的.mp3音頻編解碼器。如果考慮