视频编码零基础入门(1):视频编解码之理论概述
1、前言
即时通讯应用中的实时音视频技术,几乎是IM开发中的最后一道高墙。原因在于:实时音视频技术 = 音视频处理技术 + 网络传输技术 的横向技术应用集合体,而公共互联网不是为了实时通信设计的。有关实时音视频开发时的技术难题请参见《音视频云声网Agora:从demo到实用,中间还差1万个WebRTC》。
本文主要讲解实时音视频技术中视频技术的编解码基础理论。
2、系列文章
本文是系列文章中的第1篇,本系列文章的大纲如下:
- 《即时通讯音视频开发(一):视频编解码之理论概述》(本文)
- 《即时通讯音视频开发(二):视频编解码之数字视频介绍》
- 《即时通讯音视频开发(三):视频编解码之编码基础》
- 《即时通讯音视频开发(四):视频编解码之预测技术介绍》
- 《即时通讯音视频开发(五):认识主流视频编码技术H.264》
- 《即时通讯音视频开发(六):如何开始音频编解码技术的学习》
- 《即时通讯音视频开发(七):音频基础及编码原理入门》
- 《即时通讯音视频开发(八):常见的实时语音通讯编码标准》
- 《即时通讯音视频开发(九):实时语音通讯的回音及回音消除概述》
- 《即时通讯音视频开发(十):实时语音通讯的回音消除技术详解》
- 《即时通讯音视频开发(十一):实时语音通讯丢包补偿技术详解》
- 《即时通讯音视频开发(十二):多人实时音视频聊天架构探讨》
- 《即时通讯音视频开发(十三):实时视频编码H.264的特点与优势》
- 《即时通讯音视频开发(十四):实时音视频数据传输协议介绍》
- 《即时通讯音视频开发(十五):聊聊P2P与实时音视频的应用情况》
- 《即时通讯音视频开发(十六):移动端实时音视频开发的几个建议》
- 《即时通讯音视频开发(十七):视频编码H.264、V8的前世今生》
- 《即时通讯音视频开发(十八):详解音频编解码的原理、演进和应用选型》
- 《即时通讯音视频开发(十九):零基础,史上最通俗视频编码技术入门》(必读)
3、视频为何需要压缩?
- 未经压缩的数字视频的数据量巨大
- 存储困难:一张DVD只能存储几秒钟的未压缩数字视频。
- 传输困难 1兆的带宽传输一秒的数字电视视频需要大约4分钟。
4、主要压缩了什么东西?
原始视频压缩的目的是去除冗余信息,可以去除的冗余包括:
- 空间冗余:图像相邻像素之间有较强的相关性
- 时间冗余:视频序列的相邻图像之间内容相似
- 编码冗余:不同像素值出现的概率不同
- 视觉冗余:人的视觉系统对某些细节不敏感
- 知识冗余:规律性的结构可由先验知识和背景知识得到
5、数据压缩是怎么分类的?
- 无损压缩(Lossless):压缩前、解压缩后图像完全一致X=X',压缩比低(2:1~3:1)。典型格式例如:Winzip,JPEG-LS。
- 有损压缩(Lossy):压缩前解压缩后图像不一致X≠X',压缩比高(10:1~20:1),利用人的视觉系统的特性。典型格式例如:MPEG-2,H.264/AVC,AVS。
6、什么是“编解码器”?
- 编码器(Encoder):压缩信号的设备或程序;
- 解码器(Decoder):解压缩信号的设备或程序;
- 编解码器(Codec):编解码器对。
7、编解码的技术流程和原理
7.1编码器中的关键技术
7.2编解码中的关键技术
8、编解码器的实现
编解码器的实现平台:
- 超大规模集成电路VLSI
- ASIC, FPGA
- 数字信号处理器DSP
- 软件
编解码器产品:
- 机顶盒
- 数字电视
- 摄像机
- 监控器
9、视频编码的标准
编码标准作用:
- 兼容:不同厂家生产的编码器压缩的码流能够被不同厂家的解码器解码
- 高效:标准编解码器可以进行批量生产,节约成本。
主流的视频编码标准:
- MPEG-2
- MPEG-4 Simple Profile
- H.264/AVC
- AVS
- VC-1
标准化组织:
- ITU:International Telecommunications Union
- VCEG:Video Coding Experts Group
- ISO:International Standards Organization
- MPEG:Motion Picture Experts Group
10、视频传输
- 视频传输:通过传输系统将压缩的视频码流从编码端传输到解码端
- 传输系统:互联网,地面无线广播,卫星
11、视频传输面临的问题
传输系统不可靠:
- 带宽限制
- 信号衰减
- 噪声干扰
- 传输延迟
视频传输出现的问题:
- 不能解码出正确的视频
- 视频播放延迟
12、视频传输差错控制
差错控制(Error Control)解决视频传输过程中由于数据丢失或延迟导致的问题。
差错控制技术有:
- 信道编码差错控制技术
- 编码器差错恢复
- 解码器差错隐藏
13、视频传输中QoS质量保证参数
- 数据包的端到端的延迟
- 带宽:比特/秒
- 数据包的流失率
- 数据包的延迟时间的波动
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