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  • 音视频处理之编码介绍20180224

    一、视频编码数据

    1.概述

    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,体积通常是非常大的,一部电影可能就要上百G的空间。视频编码是视音频技术中最重要的技术之一。视频码流的数据量占了视音频总数据量的绝大部分。高效率的视频编码在同等的码率下,可以获得更高的视频质量。

    视频编码的简单原理可以参考:视频压缩编码和音频压缩编码的基本原理

    注:视频编码技术在整个视音频技术中应该是最复杂的技术。如果没有基础的话,可以先买一些书看一下原理,比如说《现代电视原理》《数字电视广播原理与应用》(本科的课本)中的部分章节。

    主要视频编码一览

    名称

    推出机构

    推出时间

    目前使用领域

    HEVC(H.265)

    MPEG/ITU-T

    2013

    研发中

    H.264

    MPEG/ITU-T

    2003

    各个领域

    MPEG4

    MPEG

    2001

    不温不火

    MPEG2

    MPEG

    1994

    数字电视

    VP9

    Google

    2013

    研发中

    VP8

    Google

    2008

    不普及

    VC-1

    Microsoft Inc.

    2006

    微软平台

    由表可见,有两种视频编码方案是最新推出的:VP9和HEVC。目前这两种方案都处于研发阶段,还没有到达实用的程度。当前使用最多的视频编码方案就是H.264。

    2.视频编码分析工具

    Elecard Stream Eye查看视频编码格式(也叫码流分析工具,可分析h264),如下图:

     

    红色的表示I帧,蓝色的表示P帧,绿色的表示B帧,方块表示宏块的划分方式,划分为16x16的小块,每块都有不同的类型(用不同的颜色标识)

    左侧坐标表示数据量

    I帧不依赖其他的帧,只压缩当前画面的数据。

    P帧只会存和红色框(运动矢量)不一样的信息,和前面I帧不一样的信息。

    B帧还会存和绿色框(运动矢量,和后面不一样的)不一样的信息,会参考前后的帧

    3.编码标准

    3.1. 主流编码标准

    H.264仅仅是一个编码标准,而不是一个具体的编码器,H.264只是给编码器的实现提供参照用的。

    基于H.264标准的编码器还是很多的,究竟孰优孰劣?可参考:MSU出品的 H.264编码器比较(2011.5)

    在学习视频编码的时候,可能会用到各种编码器(实际上就是一个exe文件),他们常用的编码命令可以参考:各种视频编码器的命令行格式

    学习H.264最标准的源代码,就是其官方标准JM了。但是要注意,JM速度非常的慢,是无法用于实际的:H.264参考软件JM12.2RC代码详细流程

    实际中使用最多的就是x264了,性能强悍(超过了很多商业编码器),而且开源。其基本教程网上极多,不再赘述。编码时候可参考:x264编码指南——码率控制。编码后统计值的含义:X264输出的统计值的含义(X264 Stats Output)

    Google推出的VP8属于和H.264同一时代的标准。总体而言,VP8比H.264要稍微差一点。有一篇写的很好的VP8的介绍文章:深入了解 VP8。除了在技术领域,VP8和H.264在专利等方面也是打的不可开交,可参考文章:WebM(VP8) vs H.264

    此外,我国还推出了自己的国产标准AVS,性能也不错,但目前比H.264还是要稍微逊色一点。不过感觉我国在视频编解码领域还算比较先进的,可参考:视频编码国家标准AVS与H.264的比较(节选)

    近期又推出了AVS新一代的版本AVS+,具体的性能测试还没看过。不过据说AVS+得到了国家政策上非常强力的支持。

    3.2. 下一代编码标准

    下一代的编解码标准就要数HEVC和VP9了。VP9是Google继VP8之后推出的新一代标准。VP9和HEVC相比,要稍微逊色一些。它们的对比可参考:(1)HEVC与VP9编码效率对比 (2)HEVC,VP9,x264性能对比

    HEVC在未来拥有很多大的优势,可参考:HEVC将会取代H.264的原因

    学习HEVC最标准的源代码,就是其官方标准HM了。其速度比H.264的官方标准代码又慢了一大截,使用可参考:HEVC学习—— HM的使用

    未来实际使用的HEVC开源编码器很有可能是x265,目前该项目还处于发展阶段,可参考:x265(HEVC编码器,基于x264)介绍。x265的使用可以参考:HEVC(H.265)标准的编码器(x265,DivX265)试用

    主流以及下一代编码标准之间的比较可以参考文章:视频编码方案之间的比较(HEVC,H.264,MPEG2等)

    此外,在码率一定的情况下,几种编码标准的比较可参考:限制码率的视频编码标准比较(包括MPEG-2,H.263, MPEG-4,以及 H.264)

    结果大致是这样的:

    HEVC > VP9 > H.264> VP8 > MPEG4 > H.263 > MPEG2。

    截了一些图,可以比较直观的了解各种编码标准:

    HEVC码流简析:HEVC码流简单分析

    H.264码流简析:H.264简单码流分析

    MPEG2码流简析:MPEG2简单码流分析

    以上简析使用的工具:视频码流分析工具

    雷神做的小工具:  H.264码流分析器

    4.H264格式简介

    数据由大小不固定的NALU构成

    最常见的情况下,1个NALU存储了1帧画面的压缩编码后的数据。

    参考:视音频数据处理入门:H.264视频码流解析

    二、音频编码数据

    1.概述

    音频编码的主要作用是将音频采样数据(PCM等)压缩成为音频码流,从而降低音频的数据量。音频编码也是互联网视音频技术中一个重要的技术。但是一般情况下音频的数据量要远小于视频的数据量,因而即使使用稍微落后的音频编码标准,而导致音频数据量有所增加,也不会对视音频的总数据量产生太大的影响。高效率的音频编码在同等的码率下,可以获得更高的音质。

    音频编码的简单原理可以参考:视频压缩编码和音频压缩编码的基本原理

    主要音频编码一览

    名称

    推出机构

    推出时间

    目前使用领域

    AAC

    MPEG

    1997

    各个领域(新)

    AC-3

    Dolby Inc.

    1992

    电影

    MP3

    MPEG

    1993

    各个领域(旧)

    WMA

    Microsoft Inc.

    1999

    微软平台

    由表可见,近年来并未推出全新的音频编码方案,可见音频编码技术已经基本可以满足人们的需要。音频编码技术近期绝大部分的改动都是在MP3的继任者——AAC的基础上完成的。

    2.编码标准

    这些编码标准之间的比较可以参考文章:音频编码方案之间音质比较(AAC,MP3,WMA等)

    结果大致是这样的:

    AAC+ > MP3PRO > AAC> RealAudio > WMA > MP3

    AAC格式的介绍:AAC格式简介

    AAC几种不同版本之间的对比:AAC规格(LC,HE,HEv2)及性能对比

    AAC专利方面的介绍:AAC专利介绍

    此外杜比数字的编码标准也比较流行,但是貌似比最新的AAC稍为逊色:AC-3技术综述

    雷神做的小工具: AAC格式分析器

    3.AAC格式简介

    数据由大小不固定的ADTS构成

    类似h264的地位,目前大多数都是使用aac格式

    参考:视音频数据处理入门:AAC音频码流解析

    三、参考的原文

    http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/18893769

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/yuweifeng/p/8467830.html
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