视频编码基本概念

视频压缩名字解释:

1、有损和无损压缩:在视频压缩中有损(Lossy )和无损(Lossless)的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息,而且丢失的信息不可恢复。丢失的数据率与压缩比有关,压缩比越小,丢失的数据越多,解压缩后的效果一般越差。此外,某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式,这样还会引起额外的数据丢失。

2 、帧内和帧间压缩:帧内(Intraframe)压缩也称为空间压缩(Spatial compression)。当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,这实际上与静态图像压缩类似。帧内压缩一般达不到很高的压缩。采用帧间(Interframe)压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性,或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息,根据这一特性,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量,减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩(Temporal compression),它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。

3、对称和不对称编码:对称性(symmetric)是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间,对称算法适合于实时压缩和传送视频,如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间,而解压缩时则能较好地实时回放,也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说,压缩一段视频的时间比回放(解压缩)该视频的时间要多得多。

4、 影响数字视频质量的因素:

在多媒体数字视频中有五个重要的技术参数将最终影响视频图像的质量,它们分别为帧速、分辨率、颜色数、压缩比和关键帧。

(1)帧速:常用的有25帧/秒(PAL)、30帧/秒(NTSC)。帧速越高,数据量越大,质量越好。

(2)分辨率:视频分辨率越大,数据量越大,质量越好。这里要注意区分视频分辨率和视频显示分辨率(显示的像素点数)。

(3)颜色数:指视频中最多能使用的颜色数。颜色位数越多,色彩越逼真,数据量也越大。

(4)压缩比:压缩比较小时对图像质量不会有太大影响,而超过一定倍数后,将会明显看出图像质量下降,而且压缩比越大在回放时花费在解压的时间越长。

(5)关键帧:视频数据具有很强的帧间相关性,动态视频压缩正是利用帧间相关性的特点,通过前后两个关键帧动态合成中间的视频帧。因此对于含有频繁运动的视频图像序列,关键帧数少就会出现图像不稳定的现象。

MPEG视频压缩编码后包括三种元素:I帧(I-frames)、P帧(P-frames)和B帧(B-frames)。在MPEG编码的过程中,部分视频帧序列压缩成为I帧;部分压缩成P帧;还有部分压缩成B帧。I帧法是帧内压缩法,也称为“关键帧”压缩法。I帧法是基于离散余弦变换DCT( Discrete Cosine Transform )的压缩技术,这种算法与JPEG压缩算法类似。采用I帧压缩可达到1/6的压缩比而无明显的压缩痕迹。

在保证图像质量的前提下实现高压缩的压缩算法,仅靠帧内压缩是不能实现的,MPEG采用了帧间和帧内相结合的压缩算法。 P帧法是一种前向预测算法,它考虑相邻帧之间的相同信息或数据,也即考虑运动的特性进行帧间压缩。P帧法是根据本帧与相邻的前一帧(I帧或P帧)的不同点来压缩本帧数据。采取P帧和I帧联合压缩的方法可达到更高的压缩且无明显的压缩痕迹。

然而,只有采用B帧压缩才能达到200:1的高压缩。B帧法是双向预测的帧间压缩算法。当把一帧压缩成B帧时,它根据相邻的前一帧、本帧以及后一帧数据的不同点来压缩本帧,也即仅记录本帧与前后帧的差值。B帧数据只有I帧数据的百分之十五、P帧数据的百分之五十以下。

MPEG标准采用类似4:2:2的采用格式,压缩后亮度信号的分辨率为352×240,两个色度信号分辨率均为176×120,这两种不同分辨率信息的帧率都是每秒30帧。其编码的基本方法是在单位时间内,首先采集并压缩第一帧的图像为I帧。然后对于其后的各帧,在对单帧图像进行有效压缩的基础上,只存储其相对于前后帧发生变化的部分。帧间压缩的过程中也常间隔采用帧内压缩法,由于帧内(关键帧)的压缩不基于前一帧,一般每隔15帧设一关键帧,这样可以减少相关前一帧压缩的误差积累。MPEG编码器首先要决定压缩当前帧为I帧或P帧或B帧,然后采用相应的算法对其进行压缩。一个视频序列经MPEG全编码压缩后可能的格式为:IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBPBBI......

压缩成B帧或P帧要比压缩成I帧需要多得多的计算处理时间。有的编码器不具备B帧甚至P帧的压缩功能,显然其压缩效果不会很好。

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