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视频编码的技术

归档日期:08-11       文本归类:帧内编码      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部【AnyChat音视频开发】首先AVS (Audio Video Coding Standard)是在H264标准之上修改得到到的,对应于HEVC (High Efficiency Video Coding),我国也要推出AVS+和AVS2,这两个标准号称有我国自主知识产权,但是其中的水分一直是被人吐槽的点。这两个标准也(只)在央视等大台得到了强推,个人觉得没必要研究它们,也没必要把它们加进来对比。 HEVC既然是ITU公布的最新一代编码标准,在技术上无疑会主导未来的视频编码领域,就如现在H.264的地位一样。但这当然不代表其他编码标准就再也没人用了,比如北京台这样的大台还都在用MPEG2做视频编码。

  其实每一代视频编码标准的更新都是为了实现两个目标:更好的支持高分辨视频;以更高的压缩率达到同等的主观质量。除此之外,还有提高网络适配性(比如在H.264中定义的网络抽象层概念)、抗出错性能(H.264中的数据分割、灵活宏块顺序)等等的目标。当然,提升这些性能要付出的代价往往是复杂度的大幅增加。在这几个问题上,HEVC也不例外。当年JCT-VC确定的HEVC的核心目标就是在H.264 High Profile的基础上将压缩效率提高一倍。分辨率方面HEVC也可以支持到8K。

  从编码框架上来说,HEVC并没有革命性的改变,依旧采用了混合编码框架,也能看到在H.264中就有的变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间预测、环路滤波等模块。但是HEVC在这个框架中几乎所有模块都引入了新的编码技术。随着视频编码技术的不断成熟,各种新推出的编码标准基本都是这个路子:在保持原有框架基本不变的情况下采用更多的新技术。

  监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC、VC-1、RealVideo等几种视频编码技术。对于最终用户来言他最为关心的主要有:清晰度、存储量(带宽)、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术,将很大程度影响以上几大要素。

  MJPEG(Motion JPEG)压缩技术,主要是基于静态视频压缩发展起来的技术,它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化,只单独对某一帧进行压缩。

  MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像,可以动态调整帧率、分辨率。但由于没有考虑到帧间变化,造成大量冗余信息被重复存储,因此单帧视频的占用空间较大,流行的MJPEG技术监控与视频编码最好的也只能做到3K字节/帧,通常要8~20K!

  MPEG-1标准主要针对SIF标准分辨率(NTSC制为352X240;PAL制为352X288)的图像进行压缩. 压缩位率主要目标为1.5Mb/s.较MJPEG技术,MPEG1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高。但MPEG1也有较多不利地方:存储容量还是过大、清晰度不够高和网络传输困难。

  MPEG-2 在MPEG-1基础上进行了扩充和提升,和MPEG-1向下兼容,主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域,分辨率为:低(352x288),中(720x480),次高(1440x1080),高(1920x1080)。MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率,满足了用户高清晰的要求,但由于压缩性能没有多少提高,使得存储容量还是太大,也不适合网络传输。

  MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高,在CIF(352*288)或者更高清晰度(768*576)情况下的视频压缩,无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势,也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率,以降低存储量。

  MPEG-4由于系统设计过于复杂,使得MPEG-4难以完全实现并且兼容,很难在视频会议、可视电话等领域实现,这一点有点偏离原来地初衷。另外对于中国企业来说还要面临高昂的专利费问题,规定:

  -编码/解码设备还需要按时间交费(4美分/天=1.2美元/月 =14.4美元/年)。

  从简单来说H.264就是一种视频编码技术,与微软的WMV9都属于同一种技术也就是压缩动态图像数据的“编解码器”程序。

  一般来说,如果动态图像数据未经压缩就使用的话,数据量非常大,容易造成通信线路故障及数据存储容量紧张。因此,在发送动态图像时、或者把影像内容保存在DVD上时、以及使用存储介质容量较小的数码相机或相机手机拍摄映像时,就必须使用编解码器。虽然编解码器有许多种类,但DVD-Video与微波数字电视等使用的主要是MPEG2,数码相机等摄像时主要使用MPEG4。

  既然作为压缩视频编码技术,H.264最大的作用对视频的压缩了。我们熟悉的MPEG2也就是最常用的DVD视频编码技术已经比较落后。

  对于最希望看到的HDTV的节目如果播放时间在2小时左右的线这样的高压缩率编解码器,在画质丝毫不降的前提下可压缩到15GB以下。

  上面的例子可以看出H.264的技术优势了,一般来说H.264的数据压缩率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。从理论上来说,在相同画质、相同容量的情况下,可比DVD光盘多保存2倍以上时间的影像。作为电影与音乐会等映像内容与便携设备的编解码器被广泛使用。

  大家是否都能记得当年的视频解压卡,也就是我们说的DVD/VCD解压缩卡,这个东西的原理很简单,就是板卡上安装了DSP芯片,而这个芯片唯一的功能就是用来针对特殊格式的编码进行解压缩,当后来显卡的性能逐渐增强可以满足视频播放需要的时候,视频解压缩卡也就消失的不见了。

  而ATI的做法就是最新的R520 VPU内就包含了H.264解码技术,这种特殊的算法直接交给显卡VPU来运算,而不是完全交给CPU处理,这样就可以解放出CPU进行更多其他复杂的运算。

  H.264集中了以往标准的优点,在许多领域都得到突破性进展,使得它获得比以往标准好得多整体性能:

  - 和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可节省50%的码率,使存储容量大大降低;

  H.264采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广,更容易在视频会议、视频电话中实现,更容易实现互连互通,可以简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个完整的系统。

  MPEG LA吸收MPEG-4的高昂专利费而使它难以推广的教训,MPEG LA制定了以下低廉的H.264收费标准:H.264广播时基本不收费;产品中嵌入H.264编/解码器时,年产量10万台以下不收取费,超过10万台每台收取0.2美元,超过500万台每台收取0.1美元。低廉的专利费使得中国H.264监控产品更容易走向世界。

  随着NGN、3G及3G演进和NGBW等对视频、多媒体业务与网络应用的飞速发展需求,作为视频业务及存储应用核心技术的高效率视频数字压缩编技术,愈来愈引起人们的关注,成为广播、视频与多媒体通信领域中的亮点与热点,这其中H.264视频编码标准更是耳熟能详的一个名字。

  早在1993年,ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)制定了第一个视频编码标准H.261,其输出速率为p*64 kbit/s,主要用于ISDN及ATM等准宽带及宽带信道视频。随着时间的不断发展,经历了1996年的H.263,1998年的H.263+,2000年的H.263++,到了2001年,MPEG认识到H.26L的潜在优势及与VCEG联合工作的必要性,从而两者合作成立联合视频组(JVT),从而形成了2003年第二季度发布的统一标准H.264/AVC。该标准在ITU-T称为H.264;在ISO/IEC则称为MPEG4-Part 10 AVC(Advanced Video Coding,第10部分,先进视频编码),这也就是今天我们大家都津津乐道的H.264/AVC。

  与先前的一些编码标准相比,H.264标准继承了H.263和MPEG1/2/4视频标准协议的优点,但在结构上并没有变化,只是在各个主要的功能模块内部使用了一些先进的技术,提高了编码效率。其主要表现在:编码不再是基于8×8的块进行,而是在4×4大小的块上,进行残差的变换编码。所采用的变换编码方式也不再是DCT变换,而是一种整数变换编码。采用了编码效率更高的上下文自适应二进制算术编码(CABAC),同时与之相应的量化过程也有区别。H.264标准具有算法简单易于实现、运算精度高且不溢出、运算速度快、占用内存小、消弱块效应等优点,是一种更为实用有效的图像编码标准。

  H.264/AVC在压缩编码效率、视频内容自适性处理能力方面及网络层面,特别是对IP网络及移动网络的自适应处理能力、抗干扰能力与顽健性等方面,相比H.263/MPEG-4均有大幅度提高,也就造成了H.264被热炒的局面。应该说,H.264/AVC的应用确属相当广泛,包括固定或移动的可视电话、移动电话、实时视频会议、视频监控、流媒体、多媒体视频、Internet视频及多媒体、IPTV、手机电视、宽带电话以及视频信息存储等,这也是业内普遍看好它的重要原因。

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