Admin视频压缩编码的基本概念
视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像,因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处,但是运动的视频还有其自身的特性,因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念:
一、有损和无损压缩:在视频压缩中有损(Lossy )和无损(Lossless)的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息,而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩,这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关,压缩比越小,丢失的数据越多,解压缩后的效果一般越差。此外,某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式,这样还会引起额外的数据丢失。
二、帧内和帧间压缩:帧内(Intraframe)压缩也称为空间压缩(Spatial compression)。当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法,由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系,所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。
采用帧间(Interframe)压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性,或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息,根据这一特性,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量,减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩(Temporal compression),它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值(Frame differencing)算法是一种典型的时间压缩法,它通过比较本帧与相邻帧之间的差异,仅记录本帧与其相邻帧的差值,这样可以大大减少数据量。
三、对称和不对称编码:对称性(symmetric)是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间,对称算法适合于实时压缩和传送视频,如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。而在电子出版和其它多媒体应用中,一般是把视频预先压缩处理好,尔后再播放,因此可以采用不对称(asymmetric)编码。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间,而解压缩时则能较好地实时回放,也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说,压缩一段视频的时间比回放(解压缩)该视频的时间要多得多。例如,压缩一段三分钟的视频片断可能需要10多分钟的时间,而该片断实时回放时间只有三分钟。
目前有多种视频压缩编码方法,但其中最有代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格式。
视频格式分类
在计算机软硬件技术和宽带互联网技术迅猛发展的同时,各种影像视频的录制和后期制作技术也得到了突飞猛进的发展。传统的影像视频(如.AVI和.MPEG格式等)一般体积较大且清晰度较差,比如在电脑中播放的VCD格式。然而现在,同样一段影像视频,不仅体积可以比原来减小数倍,而且让人犹如身临其境的超高清晰度更是让我们不得不感叹和感谢日新月异的科技给我们的生活所带来的实惠!现实还远不仅如此,借助宽带互联网技术和一种被叫做“流式媒体(Streaming Video)”的多媒体技术可以非常方便快捷查阅自己任何需要的影像视频资料并且用户甚至不需要下载整部或整段视频就可以对视频资料的任意指定片段进行预览!
目前,视频格式可以分为适合本地播放的本地影像视频和适合在网络中播放的网络流媒体影像视频两大类,这里非常值得一提的是:尽管后者在播放的稳定性和播放画面质量上可能没有前者优秀,但网络流媒体影像视频的广泛传播性使之正被广泛应用于视频点播、网络演示、远程教育、网络视频广告等等互联网信息服务领域。
一、本地影像视频
●AVI格式:它的英文全称为Audio Video Interleaved,即音频视频交错格式。它于1992年被Microsoft公司推出,随Windows3.1一起被人们所认识和熟知。所谓“音频视频交错”,就是可以将视频和音频交织在一起进行同步播放。这种视频格式的优点是图像质量好,可以跨多个平台使用,其缺点是体积过于庞大,而且更加糟糕的是压缩标准不统一,最普遍的现象就是高版本Windows媒体播放器播放不了采用早期编码编辑的AVI格式视频,而低版本Windows媒体播放器又播放不了采用最新编码编辑的AVI格式视频,所以我们在进行一些AVI格式的视频播放时常会出现由于视频编码问题而造成的视频不能播放或即使能够播放,但存在不能调节播放进度和播放时只有声音没有图像等一些莫名其妙的问题,如果用户在进行AVI格式的视频播放时遇到了这些问题,可以通过下载相应的解码器来解决。
●nAVI格式:nAVI是newAVI的缩写,是一个名为ShadowRealm的地下组织发展起来的一种新视频格式(与我们上面所说的AVI格式没有太大联系)。它是由Microsoft ASF压缩算法的修改而来的,但是又与下面介绍的网络影像视频中的ASF视频格式有所区别,它以牺牲原有ASF视频文件视频“流”特性为代价而通过增加帧率来大幅提高ASF视频文件的清晰度。
●DV-AVI格式:DV的英文全称是Digital Video Format,是由索尼、松下、JVC等多家厂商联合提出的一种家用数字视频格式。目前非常流行的数码摄像机就是使用这种格式记录视频数据的。它可以通过电脑的IEEE 1394端口传输视频数据到电脑,也可以将电脑中编辑好的的视频数据回录到数码摄像机中。这种视频格式的文件扩展名一般是.avi,所以也叫DV-AVI格式。
●MPEG格式:它的英文全称为Moving Picture Expert Group,即运动图像专家组格式,家里常看的VCD、SVCD、DVD就是这种格式。MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准,它采用了有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息,说的更加明白一点就是MPEG的压缩方法依据是相邻两幅画面绝大多数是相同的,把后续图像中和前面图像有冗余的部分去除,从而达到压缩的目的(其最大压缩比可达到200:1)。目前MPEG格式有三个压缩标准,分别是MPEG-1、MPEG-2、和MPEG-4,另外,MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。
●DivX格式:这是由MPEG-4衍生出的另一种视频编码(压缩)标准,也即我们通常所说的DVDrip格式,它采用了MPEG4的压缩算法同时又综合了MPEG-4与MP3各方面的技术,说白了就是使用DivX压缩技术对DVD盘片的视频图像进行高质量压缩,同时用MP3或AC3对音频进行压缩,然后再将视频与音频合成并加上相应的外挂字幕文件而形成的视频格式。其画质直逼DVD并且体积只有DVD的数分之一。这种编码对机器的要求也不高,所以DivX视频编码技术可以说是一种对DVD造成威胁最大的新生视频压缩格式,号称DVD杀手或DVD终结者。
●MOV格式:美国Apple公司开发的一种视频格式,默认的播放器是苹果的QuickTimePlayer。具有较高的压缩比率和较完美的视频清晰度等特点,但是其最大的特点还是跨平台性,即不仅能支持MacOS,同样也能支持Windows系列。
二、网络影像视频
●ASF格式:它的英文全称为Advanced Streaming format,它是微软为了和现在的Real Player竞争而推出的一种视频格式,用户可以直接使用Windows自带的Windows Media Player对其进行播放。由于它使用了MPEG-4的压缩算法,所以压缩率和图像的质量都很不错(高压缩率有利于视频流的传输,但图像质量肯定会的损失,所以有时候ASF格式的画面质量不如VCD是正常的)。
●WMV格式:它的英文全称为Windows Media Video,也是微软推出的一种采用独立编码方式并且可以直接在网上实时观看视频节目的文件压缩格式。WMV格式的主要优点包括:本地或网络回放、可扩充的媒体类型、部件下载、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、环境独立性、丰富的流间关系以及扩展性等。
●RM格式:Real Networks公司所制定的音频视频压缩规范称为Real Media,用户可以使用RealPlayer或RealOne Player对符合RealMedia技术规范的网络音频/视频资源进行实况转播并且RealMedia可以根据不同的网络传输速率制定出不同的压缩比率,从而实现在低速率的网络上进行影像数据实时传送和播放。这种格式的另一个特点是用户使用RealPlayer或RealOne Player播放器可以在不下载音频/视频内容的条件下实现在线播放。另外,RM作为目前主流网络视频格式,它还可以通过其Real Server服务器将其它格式的视频转换成RM视频并由Real Server服务器负责对外发布和播放。RM和ASF格式可以说各有千秋,通常RM视频更柔和一些,而ASF视频则相对清晰一些。
●RMVB格式:这是一种由RM视频格式升级延伸出的新视频格式,它的先进之处在于RMVB视频格式打破了原先RM格式那种平均压缩采样的方式,在保证平均压缩比的基础上合理利用比特率资源,就是说静止和动作场面少的画面场景采用较低的编码速率,这样可以留出更多的带宽空间,而这些带宽会在出现快速运动的画面场景时被利用。这样在保证了静止画面质量的前提下,大幅地提高了运动图像的画面质量,从而图像质量和文件大小之间就达到了微妙的平衡。
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