视频编解码技术

网络电视发展的最初条件

从信息论的观点来看，描述信源的数据是信息和数据冗余之和，即：数据=信息+数据冗余。数据冗余有许多种，如空间冗余、时间冗余、视觉冗余、统计冗余等。将图像作为一个信源，视频压缩编码的实质是减少图像中的冗余。

概述

视频编解码技术是网络电视发展的最初条件。只有高效的视频编码才能保证在现实的互联网环境下提供视频服务。

H.264或称为MPEG-4第十部分（高级视频编码部分）是由ITU-T和ISO/IEC再次联手开发的最新一代视频编码标准。由于它比以前的标准在设计结构、实现功能上作了进一步改进，使得在同等视频质量条件下，能够节省50%的码率，且提高了视频传输质量的可控性，并具有较强的差错处理能力，适用范围更广。在低码率情况下，32kbps的H.264图像质量相当于128kbps的MPEG-4图像质量。H.264可应用于网络电视、广播电视、数字影院、远程教育、会议电视等多个行业。

除了ITU-T和ISO/IEC两个国际标准化组织制定的视频编码标准以外，美国微软公司和Real Network公司都有自己的视频编码标准。事实上，他们也是常用的网络电视标准。

分类

视频压缩编码技术可以分为两大类：无损压缩和有损压缩。

无损压缩也称为可逆编码，指使用压缩后的数据进行重构（即：解压缩）时，重构后的数据与原来的数据完全相同。也就是说，解码图像和原始图像严格相同，压缩是完全可恢复的或无偏差的，没有失真。无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合，例如磁盘文件的压缩。

有损压缩也称为不可逆编码，指使用压缩后的数据进行重构（即：解压缩）时，重构后的数据与原来的数据有差异，但不影响人们对原始资料所表达的信息造成误解。也就是说，解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真，但视觉效果一般是可以接受的。有损压缩的应用范围广泛，例如视频会议、可视电话、视频广播、视频监控等。

无损压缩

典型的无损压缩编码技术有：哈夫曼（Huffman）编码、香农编码、RLC（Run Length Code，行程编码）、LZW（Lenpel-Ziv&Welch）编码、算术编码。

有损压缩

典型的有损压缩编码技术介绍如下。

1、预测编码：点线性预测、帧内预测、帧间预测。

预测编码主要是减少数据在空间和时间上的相关性，以达到对数据压缩的目的。

2、变换编码：KL（Karhunen-Loeve变换）、DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换）、DCT（Discrete Cosine Transform，离散余弦变换）、DST（Discrete Sine Transform，离散正弦变换）、HADAMARD（哈达码变换）、小波变换。

变换编码将图像时域信号变换到频域上进行处理。

3、量化编码：标量量化、矢量量化。

当我们对模拟信号进行数字化时，需要经历一个量化的过程。在这里，量化器的设计是一个很关键的步骤，量化器设计的好坏对于量化误差的大小有直接的影响。矢量量化是相对于标量量化而提出的，如果一次量化多个点，则称为矢量量化。

4、子带编码：子带编码、块切割法。

子带编码主要有两种方式。一种是，将图像数据变换到频域后，按频域分带，然后用不同的量化器进行量化，从而达到最优的组合。另外一种是，分步渐进编码，在初始时对某一频带的信号进行解码，然后逐渐扩展到所有频带，随着解码数据的增加，解码图像也逐渐的清晰起来。子带编码对于远程图像模糊查询与检索的应用比较有效。

5、模型编码：结构模型、知识基模型。

结构模型编码，也称为二代编码。编码时首先求出图像中的边界、轮廓、纹理等结构特征参数，然后保存这些参数信息。解码时根据结构和参数信息进行组合，从而恢复出原图像。

知识基模型编码，对于人脸等可用规则描述的图像，利用人们对其的知识形成一个规则库，据此将人脸的变化等特征用一些参数进行描述，从而根据参数和模型就可以实现对人脸的图像编解码。

6、混合编码：JPEG、H.261、MPEG等。

混合编码同时使用两种或两种以上的编码方法进行编码。

研制视频编码国际标准的正式组织

研制视频编码国际标准的两个正式组织：ITU-T和ISO/IEC：

l ITU-T（International Telecommunication Union -Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟通信标准部）视频编码标准以H.26x的形式表示（例如，H.261、H.262、H.263、H.264和H.265），它主要是为视频会议和可视电话等实时视频通信应用设计的。

l ISO/IEC（ISO：International Standardization Organization，国际标准化组织；IEC：International Electrotechnical Commission，国际电工技术委员会）标准以MPEG-x的形式表示（例如，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21），它主要是为视频存储（DVD）、广播视频以及视频流（例如，网上视频、无线视频应用）设计的。

这两个标准委员会合作开发了H.262/ MPEG-2标准、以及H.264/ MPEG-4 AVC（Advanced Video Code）——MPEG-4标准的第10部分。

视频编码技术比较

事实上，H.26x和MPEG-x标准的视频编码都是采用上述几种编码方法的混合编码，主要区别在于处理图像的分辨率、预测精度、搜索范围、量化步长等参数的不同。各编码标准的侧重点不同，应用的场合也不同。

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