啊用力?嗯?轻一点原神宵宫,尿口扩张videos,国产精品久久久久精品爆乳接种 ,荡公乱妇HD电影中文字幕


微博

QQ

數字視頻編解碼技術回顧及展望

2013-04-02 王子牛 何志偉 傳播與制作


  電影、電視隨著數字化、網絡化、云計算等技術的快速發展和多樣化個人消費電子多媒體產品的普及,已不僅僅依賴傳統的銀幕和屏幕呈現。運動視覺信息可隨時、隨處獲取,運動視覺感知信息被以多樣化媒體形態呈現,人們也更多地依賴運動視覺感知來獲取信息。(引用“運動視覺感知”是因為電影、電視、視頻等詞義不能完整涵蓋)運動視覺感知技術進步是信息技術進步的體現,其前提是人們對運動視覺圖像數字視頻編解碼技術的研發。一個運動視覺感知效果的優劣直接與數字視頻編解碼器的基礎理論研究成果相對應。

  目前數字電影、數字電視、交互式個人智能終端等都離不開數字視頻編解碼技術。數字視頻編解碼技術不僅在影視、通訊、網絡等多專業技術領域廣泛應用,也容易地在個人消費電子產品終端上實現,而且這些設備上有可能同時實現多種數字視頻信號的編解碼應用。

  數字視頻編解碼技術領域的特點是種類繁多、多類型并存、新舊共存、研發成果日新月異。目前沒有那種數字視頻編解碼技術可以替代其它所有的數字視頻編解碼技術。系統了解數字視頻編解碼技術是認識運動視覺感知技術現狀及未來的很好途徑,我們通過按數字視頻編解碼技術開發時間順序及研發機構的分類來了解常見的數字視頻編解碼技術。

  1. H.261標準由ITU-T(ITU Telecommunication Standardization Sector中文:國際電信聯盟遠程通信標準化組)的前身CCITT(International consultative committee on telecommunications and Telegraph中文: 國際電報電話咨詢委員會)下屬T VCEG小組(Video Coding Experts Group中文:視頻編碼專家組)于1988起開發、ITU-T(VCEG)于1990制定的。H.261主要在老的視頻會議和視頻電話產品中使用,H.261是第一個使用的數字視頻壓縮國際標準。H.261標準使用混合編碼框架,包括了基于運動補償幀間預測。它使用了常見的YCbCr顏色空間,4:2:0的色度抽樣格式,8位的抽樣精度,16x16的宏塊,分塊的運動補償,按8x8分塊進行的離散余弦變換,量化,對量化系數的Zig-zag掃描,run-level符號影射以及霍夫曼編碼。H.261只支持逐行掃描視頻輸入。雖然H.261目前已很少使用。但它是視頻編解碼領域的鼻祖,之后的所有的標準視頻編解碼器都是基于它設計的。

  2. MPEG-1標準由ISO/IEC(International Organization for Standards / International Electro-Technical Commission中文:國際標準化組織/:國際電工委員會) 下屬MPEG小組(moving pictures experts group中文:動態圖像專家組)制定的第一個視頻和音頻有損壓縮標準。MPEG-1(Part2)視頻壓縮算法,ISO / IEC(MPEG)于1990年定義完成MPEG-1視頻編碼標準。1992年底,MPEG-1(Part2)正式被制定為國際標準。其原來的主要目標是在音頻CD(Compact Disc)光盤上記錄圖像,MPEG-1(Part2)視頻壓縮標準是VCD(Video Compact Disc)光盤的技術核心。有些在線視頻也使用MPEG-1(Part2)這種格式。MPEG-1(Part2)編解碼器的質量大致上和原有的VHS錄像帶相當, VCD應用約定MPEG-1(Part2)的分辨率約為352×240,數字視頻信號編碼使用固定的比特率(1.15Mbps)。雖然只要輸入視頻源的質量足夠好,編碼的碼率足夠高,MPEG-1(Part2)可獲得更大的畫幅尺寸、更高的運動視覺感知質量。但是考慮到要讓所有商業化的VCD播放機有一個統一的技術標準及硬件處理能力的限制,規定高于1.15Mb/s的視頻碼率或者高于352x288的視頻分辨率都不被單體的VCD播放機(包括一些DVD播放機)使用。這樣使得VCD在播放快速動作的視頻時,由于數據量不足,令壓縮時宏區塊無法全面調整,視頻畫面出現模糊的方塊。MPEG-1(Part2)視頻壓縮算法具體實用在VCD時對運動視覺感知效果欠佳,這也許是VCD在發達國家未獲成功的原因。而MPEG-1 Layer 3則是目前廣泛使用的mp3音頻壓縮技術。如果考慮通用性的話,MPEG-1的視頻/音頻編解碼器可以說是通用性最高的編解碼器,幾乎世界上所有的計算機都可以播放MPEG-1格式的文件。幾乎所有的DVD機也支持VCD的播放。從技術上來講,比起H.261標準,MPEG-1增加了對半像素運動補償和雙向運動預測幀。和H.261一樣,MPEG-1只支持逐行掃描的視頻輸入。

  3. H.262視頻壓縮標準,是ITU-T(VCEG)于1994年升級H.261后制定的視頻壓縮標準,它與ISO / IEC(MPEG)制定的視頻壓縮標準MPEG-2(ISO/IEC13818-2)內容上相同,使用在DVD、SVCD和大多數數字視頻廣播系統和有線分布系統(cable distribution systems)中。當使用在標準DVD上時,它支持較高的圖像質量和寬屏;當使用在SVCD時,它的質量不如DVD但是比VCD高出許多。MPEG-2(ISO/IEC13818-2)也被使用在新一代DVD標準、HD-DVD 和 Blu-ray(藍光光盤)上。從技術上來講,比起MPEG-1,MPEG-2(ISO/IEC13818-2)最大的改進在于增加了對隔行掃描視頻的支持。MPEG-2(ISO/IEC13818-2)雖然是一個相當老的視頻編碼,但是它具有很大的普及度和市場接受度。ISO / IEC(MPEG)原先打算開發MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3和MPEG-4四個版本,以適用于不同帶寬和數字影像質量的要求。繼MPEG-2之后打算開發的MPEG-3編碼和壓縮標準最初是為HDTV開發的編碼和壓縮標準,但由于MPEG-2已能適用于HDTV,使得原打算為HDTV設計的MPEG-3,還沒出世就被拋棄了。

  4. H.263視頻壓縮標準,制定于1995年,主要用在視頻會議、視頻電話和網絡視頻上。在對逐行掃描的視頻源進行壓縮的方面,H.263比它之前的視頻編碼標準在性能上有了較大的提升。尤其是在低碼率端,它可以在保證一定質量的前提下大大的節約碼率,對網絡傳輸具有更好的支持功能。與之前的視頻編碼國際標準(H.261,MPEG-1和H.262/MPEG-2)比較H.263的性能有了革命性的提高。1998年增加了新的功能的第二版H.263+,或者叫H.263v2,與初始版比較H.263+顯著的提高了編碼效率并提供了其它的一些能力,在2000年又完成的第三版H.263++,即H.263v3它是在H.263+的基礎上增加了更多的新的功能。

  5. MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)于1999年初正式成為國際標準。有時候也被叫做“ASP”。 它們可以使用在網絡傳輸、廣播和媒體存儲上。比起MPEG-2和第一版的H.263,它的壓縮性能有所提高。MPEG4 MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)它是一個適用于低傳輸速率應用的方案。和之前的視頻編碼標準的主要不同點在于,MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)更加注重多媒體系統的交互性和靈活性。MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)是第一個含有交互性的動態圖像標準,它的另一個特點是其綜合性。從根源上說,MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)可以將自然物體與人造物體在運動視覺感知上相溶合。MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)的設計目標還有更廣的適應性和更靈活的可擴展性。它引入了H.263的技術和1/4像素的運動補償技術。和MPEG-2一樣,它同時支持逐行掃描和隔行掃描。

  6. H.264視頻壓縮標準和MPEG-4(ISO/IEC 14496-10)是相同的標準,MPEG-4(ISO/IEC 14496-10) 有時候也被叫做 MPEG-4 AVC 簡稱 “AVC”或“JVT” 。H.264/MPEG-4 AVC制定于2003年,是ISO / IEC(MPEG)和ITU-T(VCEG)合作完成的性能優異的視頻編碼標準,并且已經得到了非常廣泛的應用。該標準引入了一系列新的能夠大大提高壓縮性能的技術,并能夠同時在高碼率端和低碼率端大大超越以前的諸標準。已經使用H.264技術的產品包括例如索尼公司的PSP,Nero公司的Nero Digital產品套裝,蘋果公司的Mac OS X v10.4,以及新一代DVD標準HD-DVD和藍光光盤(Blu-ray)等。在通信、計算機、廣播電視等不同領域MPEG-4|/H264、AVC是目前的主流視頻壓縮標準。而MPEG-4|/H264、AVC出臺的新專利許可政策被認為過于苛刻導致產業化推廣遭遇困難。促使相關企業和部門競相研發自己獨立的視頻壓縮標準。又由于MPEG-4|/H264、AVC是一個公開的平臺,各公司、機構均可以根據MPEG-4|/H264、AVC標準開發不同的制式,從而促使了眾多視頻編碼標準的產生,以往市面上出現了很多基于MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)技術的視頻格式,例如WMV 9、Quick Time、DivX、Xvid、3ivx等。以后綴*.avi, *.mp4, *.ogm 或者 *.mkv結尾的文件有一部分也是使用MPEG-4(ISO/IEC 14496-2)視頻編解碼器。

  7. HEVC也非正式地稱為H.265,H.NGVC,和MPEG-H(Part2),是一種視頻壓縮標準草案。HEVC標準是在H.264標準的基礎上發展起來的,目前正在通過ISO / IEC(MPEG)和ITU-T(VCEG)聯合開發。并且ISO / IEC(MPEG)和ITU-T(VCEG)成立了一個聯合協作團隊JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding中文:視頻編碼聯合協作團隊)共同開發HEVC標準。2012年6月MPEG LA宣布開始發放HEVC專利許可。2012年7月HEVC提交了國際標準草案,2013年1月HEVC最終草案有望被批準為新一代的國際標準。為便于高分辨率視頻的壓縮。HEVC將宏塊的大小從由H.264的16x16擴展到了64x64,并采用靈活的塊結構RQT(Residual Quad-tree Transform)及采樣點自適應偏移(Sample Adaptive Offset)方式提升性能,雖然增加了算法難度,但減少了失真,提高壓縮率,減少碼流。HEVC比H.264增加一倍的數據壓縮比且具有更高的視頻質量,HEVC最高可以支持7680×4320分辨率。HEVC是當今及今后一段時期最高視頻壓縮標準,是超高清電視發展的基礎。

  兩大制定視頻編碼標準的國際組織ITU-T(VCEG)與ISO / IEC(MPEG)在不同時期制定的相關視頻壓縮標準技術的國際標準。ITU-T(VCEG)的標準包括H.261、H.263、H.264,主要應用于實時視頻通信領域;MPEG系列標準是由ISO / IEC(MPEG)制定的,主要應用于視頻存儲(DVD)、廣播電視、因特網或無線網上的流媒體等。(注:MPEG-1、MPEG-、MPEG-4等系列標準是MPEG組織制定的一個大綱目,在每一綱目名稱下又包含了多個相關領域的技術標準,所以當我們討論視頻壓縮標準時要具體到后面括號內的內容)ITU-T(VCEG)與ISO / IEC(MPEG)兩個組織也共同制定了一些標準,H.262標準等同于MPEG-2(ISO/IEC 14496-2)的視頻編碼標準,而H.264標準則被納入MPEG-4(ISO/IEC 14496-10)。

  8. AVS(Audio Video coding Standard中文:音視頻編碼標準)是中國國家信息產業部數字音視頻編解碼技術標準工作組制定的音視頻壓縮編碼標準,其不僅僅包括視頻編碼標準。AVS(GB/T 20090.2)是一套包含系統、視頻、音頻、媒體版權管理在內的完整標準體系。它最主要是通過采用與MPEG-4 AVC/H.264不同的專利授權方式,制定了具有中國自主知識產權的數字視頻編解碼技術國家標準,提出了按需縱向算法組合、簡潔高效的混合編碼技術體系,并被接受為國際上三大視頻編碼標準之一。在技術上,AVS的視頻編碼部分采用的技術與H.264、AVC非常相似,其中十多項自主創新技術組成的低復雜度編碼算法專利群,使編碼效率在相當的條件下計算復雜度僅相當于同期國際標準的30%—70%,適應于多種應用的靈活碼流結構表示方法以及抗誤碼和內容保護技術,還提出了適合網絡電視應用的多項專利技術。標準制定的同時,同步完成了AVS高清晰度解碼芯片設計和實現,推動了AVS標準的產業化應用。2012年7月發布的AVS+(廣播電視先進音視頻編解碼 第1部分:視頻)行業標準將滿足高清晰度電視、3D電視等廣播電影電視新業務發展的需要。

  9. WMV(Windows Media Video)是微軟公司的視頻編解碼器家族,包括WMV 7、WMV 8、WMV 9、WPV 10。這一族的編解碼器可以應用在從撥號上網的窄帶視頻到高清晰度電視(HDTV)的寬帶視頻。使用Windows Media Video用戶還可以將視頻文件刻錄到CD、DVD或者其它一些設備上。它也適用于用作媒體服務器。WMV 可以被看作是MPEG-4的一個增強版本。WMV-9版本由SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers中文:電影電視工程師協會)于2006年正式通過的VC-1標準. 從第七版(WMV1)開始,微軟公司開始使用它自己非標準MPEG-4Part2。但是,由于WMV第九版已經是SMPTE的一個獨立標準(421M,也稱為VC-1),所以WMV的發展已經不象MPEG-4那樣,它已是一個它自己專有的編解碼技術。(剛推出的時候稱為VC-9,之后被SMPTE改稱為VC-1)。技術上VC-1與H.264有諸多相似之處。VC-1壓縮技術整合了MPEG及H.264之優點,采用Biliner和Bicubic方式,次像素(Sub-Pixel)最小可達4分之1像素。VC-1只有4種動作補償(motion composition),壓縮比無法勝過H.264。壓縮算法復雜度只有H.264的約50%,但對特效電影有很杰出的效能表現。值得特別一提的是:SMPTE組織是從電影領域向數字電影及數字電視運動視覺感知技術探索的前衛組織,由它制訂的運動視覺感知技術的國際標準多數都是基于電影高畫質。當代影視領域內最新的超高清電視技術發展隨處可見其身影。由SMPTE于2007年首先提出的UHDTV-2036標準,被進化為UHDTV 2036-1和UHDTV 2036-2即分別對應我們目前俗稱的4K和8K的數字電視。UHDTV于2012年8月23日已被正式受理接納為超高清電視的國際標準,ITU-T定義格式為ITU-R BT.2020。

  10. Real Video是由Real Networks公司開發的視頻編解碼器。于1997年起開發,至目前已到Real Player 15版。它從開發伊始就定位為應用為網絡上視頻播放上的格式。支持多種播放的平臺,包含Windows、Mac、Linux、Solaris以及某些移動電話。相較于其他的視頻編解碼器,Real Video通常可以將視頻數據壓縮得更小。因此它可以在用56Kbps MODEM撥號上網的條件實現不間斷的視頻播放。一般的文件擴展名為.AM、RM、RAM。現在廣泛流行的是RMVB格式,即動態編碼率的Real Video。Real Video除了可以以普通的視頻文件形式播放之外,還可以與Real Server服務器相配合,在數據傳輸過程中邊下載邊播放視頻影像,而不必像大多數視頻文件那樣,必須先下載然后才能播放,目前常見于網絡的在線播放。

  11. Sorenson Video是Sorenson Media Inc.(Sorenson 媒體公司)1998年結合蘋果公司Quick Time開發的一款編解碼方案。很多因特網上的Quick Time格式視頻都使用這種編解碼器壓縮技術,它也針對Adobe Flash的應用,較早版本的Adobe Flash Player都使用Sorenson Video編解碼技術支持。后續有Sorenson Video 2、Sorenson Video 3、Sorenson Spark 等系列推出,但到Sorenson Spark版本就脫離蘋果公司的Quick Time應用了。Sorenson Spark成為Macromedia公司Flash MX內置的運動視頻編解碼器。Sorenson Spark的高效間幀壓縮是它不同于其它壓縮技術之處。與其它編解碼器相比,它需要很低的數據率就可以產生高質量的視頻。用于播放被廣泛使用的Flash格式視頻。Sorenson Spark被認為是一個不完整的H.263應用。目前H.264/MPEG-4 AVC已經被結合到新一代的Quick Time中。而視頻播放器Adobe Flash Player也轉向使用On2 Technologies公司所推出True Motion VP6視頻編解碼器。在True Motion VP6視頻編解碼器推出后也進一步推出VP7、VP8系列。Google 在2010年收購了 On2 Technologies公司,VP8或許會成為Google 專有的視頻壓縮解決方案。

  12. Indeo Video是Intel公司針對PC視頻應用而開發的高性能、純軟件視頻壓縮編解碼方案。具有壓縮比例高、音頻、視頻質量損失小的特點,可用于Internet/Intranet和多媒體應用方案等。Indeo Video被廣泛應用于構建多媒體網站、動態效果演說、游戲過場動畫、非線型素材保存等領域,同時Indeo Video 5.1是Windows ME/2000這兩款PC機操作系統自帶的軟件壓縮編碼。因此Indeo Video 5.1成為當時最流行的AVI編碼。

  13. SDTV(Standard Definition TV,標準清晰度電視)、EDTV(Enhanced Definition TV,增強清晰度電視)、HDTV(High Definition TV,高清晰度電視)三者是由ATSC(Advanced Television Systems Committee美國先進電視系統委員會)制定的國際數字電視信號的編碼標準,其中包含了多種數字電視采用的畫面格式,為目前廣播數字電視業界最常見的編碼標準。SDTV 480i標準清晰度電視,和模擬電視系統的最高畫面質量相當,EDTV 480p增強清晰度電視,和DVD電影畫面質量相當,HDTV包含了兩種畫面分辨率,1920×1080和1280×720。ATSC制定的標準是基于MPEG-2編碼格式,而且支援多種不同的顯示清晰度、長寬比及幀率,下表所列為常見的參數組合。

數字視頻編解碼技術回顧及展望

  (注:UHDTV 4K及UHDTV 8K是制定中的標準。UHDTV 4K來自于電影界4K概念,好萊塢電影公司在將膠片轉化成數字圖像的過程中使用,4K的名稱得自其橫向解析度約為 4000 像素(pixel),目前電影行業采4K標準為4096×2160像素分辨率,業常見的還包括 Full Aperture 4K(4096 x 3112)、Academy 4K(3656 × 2664)等多種標準。另外對于4K數字電影是還有2K數字電影格式,分辨率為2048×1080, 1.3K數字電影格式分辨率為1280×1024,及0.8K數字電影格式1024×768像素分辨率等。)

小結

  經過各種編解碼方案處理過的數字視頻信號的質量,最終要通過人的視覺感知來衡量其優劣,分辨率的大小是影響人感知的重要參數,圖像分辨率的大小與圖像清晰度直接相關。通過介紹常見的視頻編解碼名稱及不同的視頻編解碼名稱與運動視覺感知的關聯性,我們可直觀可見地體驗到現在及未來的視頻編解碼技術。當然更深入地了解視頻編解碼技術我們會知曉動態圖像的亮度、對比度、顏色、色域、色飽和度、畫面長寬比及運動畫面幀率和動態延時響應等都會影響我們的運動視覺感知。

微軟 數字視頻編解碼 運動視覺感知

視聽科技視頻號 廣告
發表評論