视频知识-视频压缩编码格式

ITU标准

H.261

H.261又称为P*64,其中P为64kb/s的取值范围,是1到30的可变参数,它最初是针对在ISDN上实现电信会议应用特别是面对面的可视电话和视频会议而设计的实际的编码算法类似于MPEG算法,但不能与后者兼容。H.261在实时编码时比MPEG所占用的CPU运算量少得多,此算法为了优化带宽占用量,引进了在图像质量与运动幅度之间的平衡折中机制,也就是说,剧烈运动的图像比相对静止的图像质量要差。因此这种方法是属于恒定码流可变质量编码。H.261标准是为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)。只支持两种图像扫描格式:QCIF和CIF

H.263

H.263是国际电联ITU-T的一个标准草案,是甚低码率的图像编码国际标准,是为低码流通信而设计的。但实际上这个标准可用在很宽的码流范围,而非只用于低码流应用,它在许多应用中可以认为被用于取代H.261。H.263的编码算法与H.261一样,但做了一些改善和改变,以提高性能和纠错能力。.263标准在低码率下能够提供比H.261更好的图像效果。H.263使用的位率可小于64Kb/s,且传输比特率可不固定(变码率)。H.263支持5种分辨率,即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外,还支持SQCIF、4CIF和16CIF,SQCIF相当于QCIF一半的分辨率,而4CIF和16CIF分别为CIF的4倍和16倍。

1998年IUT-T推出的H.263+是H.263建议的第2版,它提供了12个新的可协商模式和其他特征,进一步提高了压缩编码性能。如H.263只有5种视频源格式,H.263+允许使用更多的源格式,图像时钟频率也有多种选择,拓宽应用范围;另一重要的改进是可扩展性,它允许多显示率、多速率及多分辨率,增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络环境下的传输。另外,H.263+对H.263中的不受限运动矢量模式进行了改进,加上12个新增的可选模式,不仅提高了编码性能,而且增强了应用的灵活性。H.263已经基本上取代了H.261。

H.264

H.264/AVC 是ITU-T VCEG 和ISO/IEC MPEG共同开发的视频处理标准,ITU-T作为标准建议H.264,ISO/IEC作为国际标准14496-10(MPEG-4 第10部分)高级视频编码(AVC)。H.264不仅比H.263和MPEG-4节约了50%的码率,而且对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制,有利于网络中的分组传输,支持网络中视频的流媒体传输。H.264具有较强的抗误码特性,可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。支持不同网络资源下的分级编码传输,从而获得平稳的图像质量。能适应于不同网络中的视频传输,网络亲和性好。

H.264最具价值的部分是更高的数据压缩比,在同等的图像质量,H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的 MPEG-2高2~3倍,比MPEG-4高1.5~2倍。正因为如此,经过H.264压缩的视频数据,在网络传输过程中所需要的带宽更少,也更加经济。但是H.264编码的影片在播放的时候对硬件系统也提出了非常高的要求。据相关资料显示,H.264的影片在编码的过程中复杂度是MPEG2的10倍,解码的复杂度是MPEG2的3倍,这对于CPU来说是很沉重的负担,而显卡芯片如果要整合硬件解码模块,其难度也随之加大。

MPEG标准

M-JPEG(Motion- Join Photographic Experts Group)技术即运动静止图像(或逐帧)压缩技术,广泛应用于非线性编辑领域可精确到帧编辑和多层图像处理,把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理,这种压缩方式单独完整地压缩每一帧,在编辑过程中可随机存储每一帧,可进行精确到帧的编辑此外M-JPEG的压缩和解压缩是对称的,可由相同的硬件和软件实现。M-JPEG只对帧内的空间冗余进行压缩。不对帧间的时间冗余进行压缩,故压缩效率不高M-JPEG的优点是:可以很容易做到精确到帧的编辑、设备比较成熟。缺点是压缩效率不高

MPEG(Moving Picture Experts Group 运动图像专家组)是国际标准化组织(ISO)成立的专责制定有关运动图像压缩编码标准的工作组,所制定的标准是国际通用标准,叫MPEG标准,该标准由视频、音频和系统三部分组成。MPEG1是VCD的视频图像压缩标准;MPEG2是DVD/超级VCD的视频图像压缩标准;MPEG4是网络视频图像压缩标准之一,特点是压缩比高、成像清晰。MPEG4视频压缩算法能够提供极高的压缩比,最高可达200:1。更重要的是,MPEG在提供高压缩比的同时,对数据的损失很小。MPEG4是MPEG提出的最新的图像压缩技术标准。

MPEG-1相信是大家接触得最多的了,因为它被广泛的应用在 VCD 的制作和一些视频片段下载的网络应用上面,可以说 99% 的 VCD 都是用 MPEG1 格式压缩的,(注意 VCD2.0 并不是说明 VCD 是用 MPEG-2 压缩的)使用 MPEG-1 的压缩算法,可以把一部 120 分钟长的电影(未视频文件)压缩到 1.2 GB 左右大小。MPEG-2 则是应用在 DVD 的制作(压缩)方面,同时在一些 HDTV(高清晰电视广播)和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当的应用面。使用 MPEG-2 的压缩算法压缩一部 120 分钟长的电影(未视频文件)可以到压缩到 4 到 8 GB 的大小(当然,其图象质量等性能方面的指标 MPEG-1 是没得比的)。MPEG-4 是一种新的压缩算法,使用这种算法的 ASF 格式可以把一部 120 分钟长的电影(未视频文件)压缩到 300M 左右的视频流,可供在网上观看。其它的 DIVX 格式也可以压缩到 600M 左右,但其图象质量比 ASF 要好很多。

MPEG-1

MPEG-1标准于1993年8月公布,用于传输1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码。该标准从颁布的那一刻起,MPEG-1取得一连串的成功,如VCD和MP3的大量使用,Windows95以后的版本都带有一个MPEG-1软件解码器,可携式MPEG-1摄像机等等。一般来说,VCD用MPEG1编码为固定码率编码,VCD标准编码率1152Kbps;DVD可以支持动态码率的MPEG2编码

MPEG-2

MPEG组织于1994年推出MPEG-2压缩标准,以实现视/音频服务与应用互操作的可能性。 MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定,编码码率从每秒3兆比特~100兆比特,标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级,MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送,被认定为SDTV和HDTV的编码标准

MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性:空间相关性和时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除,只保留少量非相关信息进行传输,就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息,按照一定的解码算法,可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。

MPEG-2的编码图像被分为三类,分别称为I帧,P帧和B帧。I帧图像采用帧内编码方式,即只利用了单帧图像内的空间相关性,而没有利用时间相关性。P帧和B帧图像采用帧间编码方式,即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只采用前向时间预测,可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分,即P帧中的每一个宏块可以是前向预测,也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测,可以大大提高压缩倍数

MPEG-4

MPEG-4与MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具体压缩算法,它是针对数字电视、交互式绘图应用(影音合成内容)、交互式多媒体(WWW、资料撷取与分散)等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内,旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具,从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。

MPEG-4的编码理念是:MPEG-4标准同以前标准的最显著的差别在于它是采用基于对象的编码理念,即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象,分别编码后,再经过复用传输到接收端,然后再对不同的对象分别解码,从而组合成所需要的视频和音频。这样既方便我们对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法,又有利于不同数据类型间的融合,并且这样也可以方便的实现对于各种对象的操作及编辑。例如,我们可以将一个卡通人物放在真实的场景中,或者将真人置于一个虚拟的演播室里,还可以在互联网上方便的实现交互,根据自己的需要有选择的组合各种视频音频以及图形文本对象

MPEG-4系统的一般框架是:对自然或合成的视听内容的表示;对视听内容数据流的管理,如多点、同步、缓冲管理等;对灵活性的支持和对系统不同部分的配置。与MPEG-1和MPEG-2相比,MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看,允许你加入其中,即有交互性)的动态图象标准;它的另一个特点是其综合性;从根源上说,MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。

其他格式:
HDTV

网络中流传的HDTV主要以两类文件的方式存在,一类是经过MPEG-2标准压缩,以.tp、mpg和.ts为后缀的视频流文件,主要用于实时节目的传送,播放以tp和ts为后缀的高清视频文件时也比较麻烦,因为文件中分别包含有AC’3音频信息和MPEG-2视频信息,需要使用专门的软件来进行播放;一类是经过WMV-HD (Windows Media Video High Definition)标准压缩过的.wmv文件,压缩比较MPEG-2高一倍,还有少数文件后缀为.avi或.mpg,其性质与.wmv是完全一样的。

DVDRip

DVDRip理解:其实就是一种DVD的备份技术。这是由MPEG-4衍生出的另一种视频编码(压缩)标准,即DivX。

目前非常优秀的媒体格式,MPEG2编码的视频;AC3、DTS的音轨。但是我们也知道DVD载体是DVD光盘,D5一张就有4.7G。显然,直接将DVD文件进行网络传送毫无实际价值可言,将这样的文件打包传到服务器上只会占用服务器的硬盘和大量的网络带宽。还没有多少人的网络带宽可以让他毫不动容地去下载一个7、8GB的文件只为了看两个小时电影,更不要说将它们保存下来,DVD刻录机这样的产品目前也不是一般人能拥有的。这就需要rip了,将DVD的视频、音频、字幕剥离出来,再经过压缩或者其他处理,然后重新合成成多媒体文件。在更小的文件尺寸上达到DVD的是视听享受。

说白了就是使用MPEG-4的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。

AVI

AVI 格式 是1992年Microsoft公司推出的AVI技术标准。它是一种音视频交插记录的数字视频格式,如果采集的是AVI格式,再压缩成MPEG格式,图像要比实时压缩的清晰,所以它采用帧内压缩编码使得图象清晰,易于编辑软件对其编辑,缺点是所需存储空间较大。

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。

MOV (QuickTime)

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。.采用MPEG-4压缩方式。

ASF

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)。

MWV

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

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RealPlayerRealOne 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

在Real Media规范中主要包括三类文件:RealAudio、Real Video和Real Flash (Real Networks公司与Macromedia公司合作推出的新一代高压缩比动画格式)。REAL VIDEO (RA、RAM)格式由一开始就是定位就是在视频流应用方面的,也可以说是视频流技术的始创者。它可以在用 56K MODEM 拨号上网的条件实现不间断的视频播放,可是其图像质量比VCD差些,如果您看过那些RM压缩的影碟就可以明显对比出来了。

RMVB

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。另外,相对于DVDrip格式,RMVB视频也是有着较明显的优势,一部大小为700MB左右的DVD影片,如果将其转录成同样视听品质的RMVB格式,其个头最多也就400MB左右。不仅如此,这种视频格式还具有内置字幕和无需外挂插件支持等独特优点。要想播放这种视频格式,可以使用RealOne Player2.0或RealPlayer8.0加RealVideo9.0以上版本的解码器形式进行播放。