视频编码、视频封装

第一个关键词,视频编码

所谓视频编码即为视频压缩,众所周知,视频是连续的图像序列,每播放一幅图像,即为一帧,由于人眼和大脑具有视觉停留效应,当帧播放的速度足够快时,我们看到的图片,就变成了动作连续的视频。那么这样带来的问题就是,连续的帧之间有着极高的相似度,因此为了节约存储空间和传输带宽,我们就可以去除这些冗余的信息。

以如下两张图片为例,画面中只有人和海水在做可见的运动,因此在背景中用阴影标记的部分,就包含了很多重复的信息,那么这些信息都是可以通过适当的编码压缩,从而减小文件的体积,便于存储和传输,并且仍然不影响我们对画面主体的观看效果

然而,要去除冗余的信息,那么我们就要有一张基础的图片,作为对比重复信息的参考,这就引出我们的下一个关键词

第二个关键词:帧类型

我们常见的一般有三种:

I 帧:关键帧,编码时包含完整图像信息,解码不需要任何依赖。

P帧:预测帧,编码时根据前面的I帧和P帧,解码时同样需要依赖前面的I帧或者P帧,才能还原出图像。

B帧:双向依赖帧,既依赖于前面I帧或者P帧,又要依赖于后面P帧,才能编码或者解码出来的信息。

刚刚提到的基础图片,就是视频编码中的关键帧,也就是后面的B帧和P帧,都是要参考这个I帧的。

举个栗子

一段视频里面,

可能是 I P P P P P P I P P P P P P I;

也可能是 I B P B P B P I B P B P B P I

上面两种视频编码情况,我们可以得到两个信息:

  1. 一段视频中I帧的数量最少;

  2. 一段视频中可以没有B帧。

的确,因为I帧中包含完整的图像信息,那么他出现的越多,说明压缩的内容越少,这样文件体积也就越大,因此,I帧的间隔,就是视频质量和视频体积相互之间的取舍;关于B帧,他确实比较特殊,目前很多视频中都是没有B帧的,因为他的特点是既依靠前面,又依靠后面,这样的话,对于视频设备的编码和解码处理能力就要占用的更多,不过也正是因为这个特性,有B帧的视频,在压缩上,通常可以得到更高的比例。

我们知道了一个视频中,编码的原理以及帧的类型,新的问题又来了,即使像两个轮子一根轴的马车,不同地区的人也会造出不一样的宽度,那么在视频领域也是如此,不同的视频厂家,尽管用同样的原理,还是会有不同的编码标准,这样会导致,在机器A编码的视频,拿到机器B无法播放,为了解决这个问题,两大主导视频的标准化组织就站了出来。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/143720720

第三个和第四个关键词:国际电信联盟、国际标准化组织

下面是一些历史故事,各位看官不用记,瞧个热闹就好

ITU-T(VCEG)

ITU-T的中文名称是国际电信联盟远程通信标准化组织(ITU-T for ITU Telecommunication Standardization Sector), 它是国际电信联盟管理下的专门制定远程通信相关国际标准的组织。

ISO/IEC(MPEG)

国际标准化组织(ISO)是由各国标准化团体(ISO成员团体)组成的世界性的联合会,负责各种标准的制定。

其中ITU-T下属的第16研究组( ITU-T Study Group 16),又称为VCEG(Video Coding Experts Group )。它制定的标准有H.261、H.263、H.263+等。

而ISO/IEC下属的ISO/IEC JTC 1 SC 29 / WG 11组织,又称为MPEG(Moving Picture Experts Group)。它制定的关于视频编码方面标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。并且已经制定出来了最新的MPEG-7,并且计划公布MPEG-21。

然而这样依然是两种标准,于是在2001年,两家联合成立了JVT(联合视频小组 Joint Video Team ),由来自VCEG(就是刚才提到的Group 16)和MPEG的视频编码专家组成,旨在开发高级视频编码规范。后来就发布了ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10,也叫H.264/AVC/MPEG-4 part 10,这个也是目前我们最主流的视频编码格式,也是上一篇文章我们提到的,在1080P的视频分辨率下,码率大约在4Mbps的这个,其实这个MPEG-4 part 10可以说是精简了一部分原来的MPEG 4,可以把它们之间的关系,想象成《辟邪剑谱》和《葵花宝典》之间的关系。

这个编码方式压缩程度,在当时的年代,对硬盘的存储和网络带宽,仍然是个巨大的挑战,于是由VCEG和MPEG于2010年成立的视频编码专家组,也就是视频编码联合协作团队JVT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding),旨在开发HEVC(High Efficiency Video Coding )标准。HEVC标准与当时最先进的AVC标准相比,新一代视频编码标准将进一步降低高质量视频编码所需的数据速率的50%。主要成果就是我们在视频监控领域经常听到的H.265/HEVP part 2。

其实这个所谓的降低50%,是在一些特有条件才能达到的,这里笔者先卖个关子,留到下一期的讲到视频监控时候穿插解答,我们先来说说下一个关键词。

第五个关键词:视频封装格式

终于说到我们日常使用的地方了,也就是,文章标题页里面提到的 .AVI

.MP4 .MOV等等。这个相当于在视频编码之后,在做了一层封装,目的是加入一些综合信息,比如音频,字幕,水印之类的,然后最终可以通过一些播放器,呈现给我们。

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