浅谈视频编解码技术

编辑: 2017-12-11 10:26:38 下午 来源: 寰视科技官微

近年来,网络技术的不断发展让我们的生活越来越丰富多彩。有了网络这个便利的载体,多媒体技术也得到了日新月异的进步,作为多媒体技术的核心及关键,多媒体视频编解码近年来在技术及应用方面都取得了重大进展。首先,为什么要进行视频编码,视频编码的主要作用是将视频像素数据(RGB,YUV等)压缩成为视频码流,从而降低视频的数据量。如果视频不经过压缩编码的话,信息数据量通常是非常大的,一张DVD只能存储几秒钟没有压缩的数字视频,1兆带宽传输一帧画面需要大约4分钟,由此可见,存储和传输都极为不便。为什么视频可以进行编码压缩呢?

  一是因为图像各像素点之间存在着很强的相关性,消除这些数据的冗余并不会导致信息损失;
  二是因为人眼的一些特性比如亮度辨别阈值,视觉阈值,对亮度和色度的敏感度不同,使得在编码的时候引入适量的误差,也不会被察觉出来。利用人眼的视觉特性,以一定的客观失真换取数据压缩。

数字视频信号的压缩正是基于上述两种条件,使得视频数据量得以极大地压缩,有利于传输和存储。

视频编码技术

预测编码
预测编码是基于图像相关性进行数据压缩的一种方式。在图像传输过程中,帧与帧的图像之间相关性强,差别不大。利用这个特性,可以首先将一幅完整的图像传给对方,后续发送的每帧画面,可以只对有变化的内容进行编码压缩,这样一来传输的码率就得到了下降。

变换编码
变换编码是一种间接的编码方法,它不是直接对空域图像信号进行编码,而是首先将空域图像信号映射变换到另外一个矢量空间,这个过程会产生一系列的变换系数,然后对这些变换系数进行编码处理。由于图像数据之间相关性强,经过变换之后,可以将这些冗余去除,留下较少的独立数据参数,这样再经过量化,编码就能得到较大的压缩比。典型的变换有DCT(离散余弦变换)、DFT(离散傅里叶变换)、WHT(Walsh Hadama 变换)、HrT(Haar 变换)等。其中,最常用的是离散余弦变换。

混合编码
所谓的混合编码,其实就是将预测编码与变换编码结合起来的编码方法。这样一来就同时得到了两种编码方式的优点,从而得到对图像的更高的压缩效率。像H261、H.263、MPEG-1、MPEG-2等标准都是采用这样的混合编码模型来实现的。

视频编码标准

MPEG-1
该标准于1992年正式出版,它的成功制定,使得以VCD和MP3为代表的MPEG-1产品迅速在世界范围内普及。该标准的优点是压缩方式相对时域压缩技术而言要复杂得多,同时编码效率、声音质量也大幅提高,编码延时相应增加。缺点是频宽要求较高。

MPEG-2
该标准于1994年公布,相较于MPEG-1,MPEG-2标准具有更高的图像质量、更多的图像格式和传输码率的图像压缩标准。MPEG-2所能提供的传输率在3-10Mbits/sec间,其在NTSC制式下的分辨率可达720X486。同时,由于MPEG-2的出色性能表现,已能适用于HDTV,使得原打算为HDTV设计的MPEG-3,还没出世就被抛弃了。(MPEG-3要求传输速率在20Mbits/sec-40Mbits/sec间,但这将使画面有轻度扭曲)。除了做为DVD的指定标准外,MPEG-2还可为广播,有线电视网,电缆网络以及卫星直播提供广播级的数字视频。

MPEG-4
1999年,MPEG-4标准的第一版出台,由于它提供了低码率、高质量的音视频压缩、编码方案,推动了网络视频的进一步发展,MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术、数据压缩,以求用最少的数据获得最佳的图像质量。利用MPEG-4的高压缩率和高的图像还原质量可以把DVD里面的MPEG-2视频文件转换为体积更小的视频文件。经过这样处理,图像的视频质量下降不大但体积却可缩小几倍。另外,MPEG-4在家庭摄影录像、网络实时影像播放中也大有用武之地。

H.264
H.264是ITU-T国际电联与ISO国际标准化组织联合制定的视频编解码技术标准,它同时也是MPEG-4标准的第十部分。H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率,在同等图像质量的条件下,H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。一个原始文件是102G大小的视频,经过H.264编码后变成了1个G,压缩比达到了102:1。在技术方面,高精度、多模式的位移估计,基于4*4块的整数变换、分层的编码语法等内容都使得H.264算法具有很高的编码效率,同时,H.264的码流结构网络适应性强,能够很好地适应IP和无线网络的应用。

H.265
H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264,保留其原来的某些技术,同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。H264由于算法优化,可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送;H265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P(分辨率1280*720)普通高清音视频。


随着人类生活需求日新月异地提高,视频编码技术也在向一个新的高度发展,相信在未来的不久,还会有更先进的技术被发掘出来,从而造福人类。

分享:
相关文章

文章点评:

表情
最新文章