视频编码原理及浅析

索引基本概念视频编码原理

文件格式分析基本概念编解码编解码器（codec）指的是一个能够对一个信号或者一个数据流进行变换的设备或者程序封装很多多媒体数据流需要同时包含音频数据和视频数据，这时通常会加入一些用于音频和视频数据同步的元数据，例如字幕。这三种数据流可能会被不同的程序，进程或者硬件处理，但是当它们传输或者存储的时候，这三种数据通常是被封装在一起的。通常这种封装是通过视频文件格式来实现的，例如常见的*.mpg,*.avi,*.mov,*.mp4,*.rm,*.oggor*.tta.这些格式中有些只能使用某些编解码器，而更多可以以容器的方式使用各种编解码器。基本概念视频编码：视频压缩，是计算机处理视频的前提。视频信号数字化后数据带宽很高，原始的720P约533Mbps。经过H.264压缩，带宽可以降至5Mbps以下，甚至数百Kbps视频编码方案(标准)有很多，主要的有MPEG系列(由ISO下属的MPEG[运动图象专家组]开发)和H.26X系列(由ITU主导，侧重网络传输)。基本概念H.261:为ISDN设计，主要针对实时编码和解码设计，压缩和解压缩的信号延时不超过150ms，码率px64kbps(p=1~30）。主要采用运动补偿的帧间预测、DCT变换、自适应量化、熵编码等压缩技术。只有I帧和P帧，没有B帧，运动估计精度只精确到像素级。支持QCIF和CIFH.263:甚低码率的图像编码国际标准，它一方面以H.261为基础，以混合编码为核心，其基本原理框图和H.261十分相似，原始数据和码流组织也相似；另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些国际标准中有效、合理的部分，如：半像素精度的运动估计、PB帧预测等，使它性能优于H.261。码率可小于64Kb/s，支持多种分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF、16CIF。MPEG-1：主要针对SIF标准分辨率的图像进行压缩，目标码率为1.5Mb/s。特点：1.随机存取；2.快速正向/逆向搜索；3.逆向重播；4.容错性.基本概念MPEG-2：“21世纪的电视标准”，它在MPEG-1的基础上作了许多重要的扩展和改进，但基本算法和MPEG-1相同。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-4：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。设计过于复杂，难以完全实现并且兼容，另外还有高昂的专利费的问题。基本概念H.264/AVC：由ITU-T与MPEG联合制定。它集中了以往标准的优点，在压缩编码效率、视频内容自适应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。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。

专利费：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。H.265HEVC.同H.264有ITUMEPG联合定制.定义了34种帧内预测方向(H.264位9种),更好的提高编码性能.向高清晰度和高帧数高压缩率方面更进一步发展,清晰度达到了8K4K,帧数达到240FPS,压缩率更是超越H.26470%左右.可以通过网络更好的传输4K2K信号.

专利费,内容制造商需要支付其毛收入的0.5％作为专利费,设备制造商为每台设备1.5美金.视频编码原理视频编码框架：H263、MPEG4、H264等编码标准都基于这个标准框架在目前的视频编码标准框架结构中，通常采用基于运动补偿的时域预测去除时间冗余，采用基于块的变换编码去除空间冗余，使用熵编码去除前面两步生成数据中的信息熵冗余。这三种主要技术的组合，再辅以若干增强编码算法，就形成了基于块的混合编码框架。视频编码原理在基于块的视频编码方法中，各个块的编解码是互相独立的，由于预测、补偿、变化、量化等引起块与块之间的边界处会产生不连续，因此新版H．264／AVC标准采用了环路内去块滤波器来解决每个16×16宏块重建后的边界扭曲问题。去块效应滤波有两种方法：后处理去块效应滤波；环路内去块效应滤波。H．264／AVC采用环路内去块效应滤波（见上图），即滤波后的帧作为后面预测的参考帧。与之前的H．263或MPEG的滤波器相比较，新版H．264标准采用的滤波器基于更小的4×4的基本宏块，基本宏块的边界根据片级／宏块级的特性与根据像素穿过滤波边界的渐变度，对需要滤波的宏块边界进行有条件的滤波。重建帧的每个像素都需要从外部存储器中重调出来以进行滤波处理或作为相邻像素来判断当前像素是否需要进行滤波。显然，这些操作需要消耗巨大的存储器带宽，对像素值进行修改。视频编码原理视频合成：多个视频源在YUV空间或RGB空间进行像素的重新排列文件格式分析从工具中可以得知,视频文件名为AVI但是实际采用H264编码,那么在代码中他会走H.264的处理模式这点是非常重要的,因为针对不同的编码格式,程序会走不同的带宽和解码模式.针对一个视频文件.我们举例如下,分析工具为mediainfo30.avi为示例文件文件格式分析从工具中可以得知,视频文件名为AVI但是实际