關(guān)于視頻編碼的幾個基本概念分析介紹

視頻壓縮名字解釋：

1、有損和無損壓縮：在視頻壓縮中有損（Lossy ）和無損（Lossless）的概念與靜態(tài)圖像中基本類似。無損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致。有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致。在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息，而且丟失的信息不可恢復(fù)。丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān)，壓縮比越小，丟失的數(shù)據(jù)越多，解壓縮后的效果一般越差。此外，某些有損壓縮算法采用多次重復(fù)壓縮的方式，這樣還會引起額外的數(shù)據(jù)丟失。

2 、幀內(nèi)和幀間壓縮：幀內(nèi)（Intraframe）壓縮也稱為空間壓縮（Spatial compression）。當(dāng)壓縮一幀圖像時，僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息，這實際上與靜態(tài)圖像壓縮類似。幀內(nèi)壓縮一般達不到很高的壓縮。采用幀間（Interframe）壓縮是基于許多視頻或動畫的連續(xù)前后兩幀具有很大的相關(guān)性，或者說前后兩幀信息變化很小的特點。也即連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息，根據(jù)這一特性，壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進一步提高壓縮量，減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時間壓縮（Temporal compression），它通過比較時間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進行壓縮。幀間壓縮一般是無損的。

3、對稱和不對稱編碼：對稱性（symmetric）是壓縮編碼的一個關(guān)鍵特征。對稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計算處理能力和時間，對稱算法適合于實時壓縮和傳送視頻，如視頻會議應(yīng)用就以采用對稱的壓縮編碼算法為好。不對稱或非對稱意味著壓縮時需要花費大量的處理能力和時間，而解壓縮時則能較好地實時回放，也即以不同的速度進行壓縮和解壓縮。一般地說，壓縮一段視頻的時間比回放（解壓縮）該視頻的時間要多得多。

4、 影響數(shù)字視頻質(zhì)量的因素：
在多媒體數(shù)字視頻中有五個重要的技術(shù)參數(shù)將最終影響視頻圖像的質(zhì)量，它們分別為幀速、分辨率、顏色數(shù)、壓縮比和關(guān)鍵幀。
（1）幀速：常用的有25幀/秒（PAL）、30幀/秒（NTSC）。幀速越高，數(shù)據(jù)量越大，質(zhì)量越好。
（2）分辨率：視頻分辨率越大，數(shù)據(jù)量越大，質(zhì)量越好。這里要注意區(qū)分視頻分辨率和視頻顯示分辨率（顯示的像素點數(shù)）。
（3）顏色數(shù)：指視頻中最多能使用的顏色數(shù)。顏色位數(shù)越多，色彩越逼真，數(shù)據(jù)量也越大。
（4）壓縮比：壓縮比較小時對圖像質(zhì)量不會有太大影響，而超過一定倍數(shù)后，將會明顯看出圖像質(zhì)量下降，而且壓縮比越大在回放時花費在解壓的時間越長。
（5）關(guān)鍵幀：視頻數(shù)據(jù)具有很強的幀間相關(guān)性，動態(tài)視頻壓縮正是利用幀間相關(guān)性的特點，通過前后兩個關(guān)鍵幀動態(tài)合成中間的視頻幀。因此對于含有頻繁運動的視頻圖像序列，關(guān)鍵幀數(shù)少就會出現(xiàn)圖像不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

MPEG視頻壓縮編碼后包括三種元素：I幀（I-frames）、P幀（P-frames）和B幀（B-frames）。在MPEG編碼的過程中，部分視頻幀序列壓縮成為I幀；部分壓縮成P幀；還有部分壓縮成B幀。I幀法是幀內(nèi)壓縮法，也稱為“關(guān)鍵幀”壓縮法。I幀法是基于離散余弦變換DCT（ Discrete Cosine Transform ）的壓縮技術(shù)，這種算法與JPEG壓縮算法類似。采用I幀壓縮可達到1/6的壓縮比而無明顯的壓縮痕跡。

在保證圖像質(zhì)量的前提下實現(xiàn)高壓縮的壓縮算法，僅靠幀內(nèi)壓縮是不能實現(xiàn)的，MPEG采用了幀間和幀內(nèi)相結(jié)合的壓縮算法。 P幀法是一種前向預(yù)測算法，它考慮相鄰幀之間的相同信息或數(shù)據(jù)，也即考慮運動的特性進行幀間壓縮。P幀法是根據(jù)本幀與相鄰的前一幀（I幀或P幀）的不同點來壓縮本幀數(shù)據(jù)。采取P幀和I幀聯(lián)合壓縮的方法可達到更高的壓縮且無明顯的壓縮痕跡。

然而，只有采用B幀壓縮才能達到200:1的高壓縮。B幀法是雙向預(yù)測的幀間壓縮算法。當(dāng)把一幀壓縮成B幀時，它根據(jù)相鄰的前一幀、本幀以及后一幀數(shù)據(jù)的不同點來壓縮本幀，也即僅記錄本幀與前后幀的差值。B幀數(shù)據(jù)只有I幀數(shù)據(jù)的百分之十五、P幀數(shù)據(jù)的百分之五十以下。

MPEG標(biāo)準(zhǔn)采用類似42的采用格式，壓縮后亮度信號的分辨率為352×240，兩個色度信號分辨率均為176×120，這兩種不同分辨率信息的幀率都是每秒30幀。其編碼的基本方法是在單位時間內(nèi)，首先采集并壓縮第一幀的圖像為I幀。然后對于其后的各幀，在對單幀圖像進行有效壓縮的基礎(chǔ)上，只存儲其相對于前后幀發(fā)生變化的部分。幀間壓縮的過程中也常間隔采用幀內(nèi)壓縮法，由于幀內(nèi)（關(guān)鍵幀）的壓縮不基于前一幀，一般每隔15幀設(shè)一關(guān)鍵幀，這樣可以減少相關(guān)前一幀壓縮的誤差積累。MPEG編碼器首先要決定壓縮當(dāng)前幀為I幀或P幀或B幀，然后采用相應(yīng)的算法對其進行壓縮。一個視頻序列經(jīng)MPEG全編碼壓縮后可能的格式為：IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBPBBI......

壓縮成B幀或P幀要比壓縮成I幀需要多得多的計算處理時間。有的編碼器不具備B幀甚至P幀的壓縮功能，顯然其壓縮效果不會很好。