常见的音视频编解码标准

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。这里指的变换既包括将 信号或者数据流进行编码(通常是为了传输、存储或者加密)或者提取得到一个编码流的操作,也包括为了观察或者处理从这个编码流中恢复适合观察或操作的形式的操作。编解码器经常用在视频会议和流媒体等应用中。

容器
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, *.ogg or *.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。
  FourCC全称Four-Character Codes,是由4个字符(4 bytes)组成,是一种独立标示视频数据流格式的四字节,在wav、avi档案之中会有一段FourCC来描述这个AVI档案,是利用何种codec来 编码的。因此wav、avi大量存在等于“IDP3”的FourCC。
  视频是现在电脑中多媒体系统中的重要一环。为了适应储存视频的需要,人们设定了不同的视频文件格式来把视频和音频放在一个文件中,以方便同时回放。视频档实际上都是一个容器里面包裹着不同的轨道,使用的容器的格式关系到视频档的可扩展性。

帧内压缩和帧间压缩
 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(Temporalcompression),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。

视频压缩(英文:Video compression)是指运用资料压缩技术将数位视频资料中的冗余资讯去除,降低表示原始视频所需的资料量,以便视频资料的传输与储存。实际上,原始视频资料的资料量往往过大,例如未经压缩的电视品质视频资料的位元率高达216Mbps,绝大多数的应用无法处理如此庞大的资料量,因此视频压缩是必要的。目前最新的视频编码标准为ITU-T视频编码专家组(VCEG)提出的H.265/HEVC。
  一个典型的视频编码器:在进行当前信号编码时,编码器首先会产生对当前信号做预测的信号,称作预测信号(predicted signal),预测的方式可以是时间上的预测(interprediction),亦即使用先前帧的信号做预测,或是空间上的预测 (intra prediction),亦即使用同一张帧之中相邻像素的信号做预测。得到预测信号后,编码器会将当前信号与预测信号相减得到残余信号(residual signal),并只对残余信号进行编码,如此一来,可以去除一部份时间上或是空间上的冗余资讯。接着,编码器并不会直接对残余信号进行编码,而是先将残余信号经过变换(通常为离散余弦变换)然后量化以进一步去除空间上和感知上的冗余资讯。量化后得到的量化系数会再透过熵编码,去除统计上的冗余资讯。

视频编码标准发展

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常见的音视频编解码

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