视频编码

概述

　　目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263，运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMT以及Apple公司的QuickTime等。

　　MPEG 是活动图像专家组(Moving Picture Exports Group)的缩写，于1988年成立，是为数字视/音频制定压缩标准的专家组，目前已拥有300多名成员，包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准，随后扩充为“及其伴随的音频”及其组合编码。后来针对不同的应用需求，解除了“用于数字存储媒体”的限制，成为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。MPEG组织制定的各个标准都有不同的目标和应用，目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21标准。

常见的

　　1、Microsoft RLE

　　一种8位的编码方式，只能支持到256色。压缩动画或者是计算机合成的图像等具有大面积色块的素材可以使用它来编码，是一种无损压缩方案。

　　2、Microsoft Video 1

　　用于对模拟视频进行压缩，是一种有损压缩方案，仅达到256色，它的品质就可想而知，一般还是不要使用它来编码AVI。

　　3、Microsoft H.261和H.263 Video Codec

　　用于视频会议的Codec，其中H.261适用于ISDN、DDN线路，H.263适用于局域网，不过一般机器上这种Codec是用来播放的，不能用于编码。

　　4、Intel Indeo Video R3.2

　　所有的Windows版本都能用Indeo video 3.2播放AVI编码。它压缩率比Cinepak大，但需要回放的计算机要比Cinepak的快。

　　5、Intel Indeo Video 4和5

　　常见的有4.5和5.10两种，质量比Cinepak和R3.2要好，可以适应不同带宽的网络，但必须有相应的解码插件才能顺利地将下载作品进行播放。适合于装了Intel公司MMX以上CPU的机器，回放效果。如果一定要用AVI的话，推荐使用5.10，在效果几乎一样的情况下，它有更快的编码速度和更高的压缩比。

　　6、Intel IYUV Codec

　　使用该方法所得图像质量极好，因为此方式是将普通的RGB色彩模式变为更加紧凑的YUV色彩模式。如果你想将AVI压缩成MPEG-1的话，用它得到的效果比较理想，只是它的生成的文件太大了

　　7、Microsoft MPEG-4 Video codec

　　常见的有1.0、2.0、3.0三种版本，当然是基于MPEG-4技术的，其中3.0并不能用于AVI的编码，只能用于生成支持“视频流”技术的ASF文件。

　　8、DivX- MPEG-4 Low-Motion/Fast-Motion

　　实际与Microsoft MPEG-4 Video code是相当的东西，只是Low-Motion采用的固定码率，Fast-Motion采用的是动态码率，后者压缩成的AVI几乎只是前者的一半大，但质量要差一些。Low-Motion适用于转换DVD以保证较好的画质，Fast-Motion用于转换VCD以体现MPEG-4短小精悍的优势。

　　9 、DivX 3.11/4.12/5.0

　　实际上就是DivX，原来DivX是为了打破Microsoft的ASF规格而开发的，现在开发组摇身一变成了Divxnetworks公司，所以不断推出新的版本，的特点就是在编码程序中加入了1-pass和2-pass的设置，2-pass相当于两次编码，以限度地在网络带宽与视觉效果中取得平衡。

技术

　　MPEG-4

　　MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显着提高，在CIF（352*288）或者更高清晰度（768*576）情况下的视频压缩，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势，也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率，以降低存储量。

　　MPEG-4由于系统设计过于复杂，使得MPEG-4难以完全实现并且兼容，很难在视频会议、可视电话等领域实现，这一点有点偏离原来地初衷。另外对于中国企业来说还要面临高昂的专利费问题，目前规定：

　　－ 每台解码设备需要交给MPEG-LA 0.25美元。

　　－ 编码/解码设备还需要按时间交费（4美分/天=1.2美元/月 =14.4美元/年）。

　　H.264/AVC

　　视频压缩国际标准主要有由ITU-T制定的H.261、H.262、H.263、H.264和由MPEG制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4，其中H.262/MPEG-2和H.264/MPEG-4 AVC由ITU-T与MPEG联合制定。

　　从简单来说H.264就是一种视频编码技术，与微软的WMV9都属于同一种技术也就是压缩动态图像数据的“编解码器”程序。

　　一般来说，如果动态图像数据未经压缩就使用的话，数据量非常大，容易造成通信线路故障及数据存储容量紧张。因此，在发送动态图像时、或者把影像内容保存在DVD上时、以及使用存储介质容量较小的数码相机或相机手机拍摄映像时，就必须使用编解码器。虽然编解码器有许多种类，但DVD-Video与微波数字电视等使用的主要是MPEG2，数码相机等摄像时主要使用MPEG4。

　　既然作为压缩视频编码技术，H.264的作用对视频的压缩了。我们熟悉的MPEG2也就是最常用的DVD视频编码技术已经比较落后。

　　对于最希望看到的HDTV的节目如果播放时间在2小时左右的话，使用MPEG2最小只能压缩至30GB，而使用H.264、WMV9这样的高压缩率编解码器，在画质丝毫不降的前提下可压缩到15GB以下。

　　上面的例子可以看出H.264的技术优势了，一般来说H.264的数据压缩率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。从理论上来说，在相同画质、相同容量的情况下，可比目前的DVD光盘多保存2倍以上时间的影像。有望作为电影与音乐会等映像内容与便携设备的编解码器广泛使用。预计支持该技术的产品与服务将于2004年内问世。

　　大家是否都能记得当年的视频解压卡，也就是我们说的DVD/VCD解压缩卡，这个东西的原理很简单，就是板卡上安装了DSP芯片，而这个芯片的功能就是用来针对特殊格式的编码进行解压缩，当后来显卡的性能逐渐增强可以满足视频播放需要的时候，视频解压缩卡也就消失的不见了。

　　而ATI的做法就是的R520 VPU内就包含了H.264解码技术，这种特殊的算法直接交给显卡VPU来运算，而不是完全交给CPU处理，这样就可以解放出CPU进行更多其他复杂的运算。

　　H.264集中了以往标准的优点，在许多领域都得到突破性进展，使得它获得比以往标准好得多整体性能： 　　－ 和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可节省50％的码率，使存储容量大大降低；

　　－ H.264在不同分辨率、不同码率下都能提供较高的视频质量；

　　－ 采用“网络友善”的结构和语法，使其更有利于网络传输。

　　H.264采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广，更容易在视频会议、视频电话中实现，更容易实现互连互通，可以简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个完整的系统。

　　MPEG LA吸收MPEG-4的高昂专利费而使它难以推广的教训，MPEG LA制定了以下低廉的H.264收费标准：H.264广播时基本不收费；产品中嵌入H.264编/解码器时，年产量10万台以下不收取费，超过10万台每台收取0.2美元，超过500万台每台收取0.1美元。低廉的专利费使得中国H.264监控产品更容易走向世界。 　　H.264发展历史

　　随着NGN、3G及3G演进和NGBW等对视频、多媒体业务与网络应用的飞速发展需求，作为视频业务及存储应用核心技术的高效率视频数字压缩编技术，愈来愈引起人们的关注，成为目前广播、视频与多媒体通信领域中的亮点与热点，这其中H.264视频编码标准更是耳熟能详的一个名字。

　　早在1993年，ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）制定了个视频编码标准H.261，其输出速率为p*64 kbit/s，主要用于ISDN及ATM等准宽带及宽带信道视频。随着时间的不断发展，经历了1996年的H.263，1998年的H.263+，2000年的H.263++，到了2001年，MPEG认识到H.26L的潜在优势及与VCEG联合工作的必要性，从而两者合作成立联合视频组(JVT)，从而形成了2003年第二季度发布的统一标准H.264/AVC。该标准在ITU-T称为H.264；在ISO/IEC则称为MPEG4-Part 10 AVC（Advanced Video Coding，第10部分，先进视频编码），这也就是今天我们大家都津津乐道的H.264/AVC。

　　与先前的一些编码标准相比，H.264标准继承了H.263和MPEG1/2/4视频标准协议的优点，但在结构上并没有变化，只是在各个主要的功能模块内部使用了一些先进的技术，提高了编码效率。其主要表现在：编码不再是基于8×8的块进行，而是在4×4大小的块上，进行残差的变换编码。所采用的变换编码方式也不再是DCT变换，而是一种整数变换编码。采用了编码效率更高的上下文自适应二进制算术编码（CABAC），同时与之相应的量化过程也有区别。H.264标准具有算法简单易于实现、运算精度高且不溢出、运算速度快、占用内存小、消弱块效应等优点，是一种更为实用有效的图像编码标准。

　　H.264/AVC在压缩编码效率、视频内容自适性处理能力方面及网络层面，特别是对IP网络及移动网络的自适应处理能力、抗干扰能力与顽健性等方面，相比H.263/MPEG-4均有大幅度提高，也就造成了目前H.264被热炒的局面。应该说，H.264/AVC的应用确属相当广泛，包括固定或移动的可视电话、移动电话、实时视频会议、视频监控、流媒体、多媒体视频、Internet视频及多媒体、IPTV、手机电视、宽带电话以及视频信息存储等，这也是业内普遍看好它的重要原因。