第二讲-视频编码标准
视频编码标准
视频编码标准H.264/AVCH.264/AVC 是ITU-T VCEG 和ISO/IEC MPEG 共同开发的视频处理标准，ITU-T作为标准建议H.264，ISO/IEC作为国际标准14496-10（MPEG-4 第10部分）高级视频编码（AVC）。
MPEG-2视频编码标准（又称为ITU-T H.262[2]）已有10年的历史了，由MPEG-1扩充而来，支持隔行扫描。
使用十分广泛，几乎用于所有的数字电视系统，适合标清和高清电视，适合各种媒体传输，包括卫星、有线、地面等，都能有效地传输。
然而，类似xDSL、UMTS（通用移动系统）技术只能提供较小的传输速率，甚至DVB-T，也没有足够的频段可用，提供的节目很有限，随着高清电视的引入，迫切需要高压缩比技术的出现。
应用于电信的视频编码经历了ITUT H.261、H.262（MPEG-2）、H.263、H.263+、H.263++，提供的服务从ISDN和T1/E1到PSTN、移动无线网和LAN/INTERNET网。
最近MPEG-4 第二部分进入了实用领域，提供了视频形状编码，目标是与MPEG-2一样获得广泛的数字电视应用。
1998年，视频编码专家组（VCEG-ITU-T SG16 Q.6）启动了H.26L工程，旨在研制出新的压缩标准，与以前的任何标准相比，效率要提高一倍，同时具有简单、直观的视频编码技术，网络友好的视频描述，适合交互和非交互式应用（广播、存储、流煤体）。
2001年12月，VCEG和运动图像专家组（MPEG-ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11）组成了联合视频组（JVT，Joint Video Team），研究新的编码标准H.264/AVC，该标准于2003年3月正式获得批准。
视频的各种应用必须通过各种网络传送，这要求一个好的视频方案能处理各种应用和网络接口。
H.2 64/AVC为了解决这个问题，提供了很多灵活性和客户化特性。
视频编码标准的发展
视频编码标准的发展视频编码标准是指对视频信号进行数字化处理的一套规范，它决定了视频信号的压缩、传输和解码方式。
随着科技的不断发展，视频编码标准也在不断更新和完善，以满足不断增长的视频内容需求和不断提升的视频质量要求。
最早的视频编码标准是MPEG-1，它于1993年发布，是当时最先进的视频压缩标准之一。
然而，随着数字视频技术的飞速发展，MPEG-1的压缩效率已经无法满足高清晰度视频的需求。
因此，MPEG-2标准随后推出，它在MPEG-1的基础上进行了改进，支持更高的压缩比和更高的视频质量，成为了DVD和数字电视广播的主要编码标准。
随着高清视频的兴起，MPEG-4标准应运而生。
MPEG-4标准在压缩效率和视频质量上都有了显著的提升，成为了广泛应用于互联网视频和移动多媒体通信领域的编码标准。
而H.264/AVC作为MPEG-4的一部分，更是成为了当前主流的视频编码标准，它不仅在压缩效率上有了重大突破，还支持多种应用场景和多种设备。
随着4K、8K甚至更高分辨率视频的出现，视频编码标准也在不断演进。
HEVC（High Efficiency Video Coding）标准作为H.264的继任者，大大提高了视频的压缩效率，使得高分辨率视频的传输和存储变得更加高效。
而AV1作为开放、免费的视频编码标准，也在不断发展壮大，成为了未来视频编码的一个重要方向。
除了压缩效率的提升，视频编码标准的发展还涉及到更多的应用场景和更多的功能需求。
比如，随着虚拟现实、增强现实等新兴技术的发展，对视频编码标准的实时性和交互性提出了更高的要求。
因此，未来视频编码标准的发展方向将更加多样化和智能化，以满足不断变化的视频应用需求。
总的来说，视频编码标准的发展是与数字视频技术的发展相辅相成的。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增长，视频编码标准也将不断更新和完善，以适应不断变化的视频应用场景和提升的视频质量要求。
视频编码标准的发展将为数字视频技术的创新和应用提供更加强大的支持，推动数字视频产业的持续健康发展。
视频编码的国际标准
视频编码的国际标准视频编码是指将视频信号转换为数字信号的过程，它是数字视频处理中的重要环节。
在数字视频处理中，视频编码的国际标准对于视频质量、传输效率、存储空间等方面起着至关重要的作用。
本文将介绍视频编码的国际标准，包括H.264/AVC、H.265/HEVC以及未来的视频编码标准。
H.264/AVC是一种广泛应用的视频编码标准，它由ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) 和ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) 共同制定。
H.264/AVC采用了先进的视频压缩技术，能够在保持较高视频质量的同时，实现更高的压缩比。
这使得H.264/AVC成为了广泛应用于视频会议、数字电视、蓝光光盘等领域的主流视频编码标准。
随着视频应用场景的不断拓展，对视频编码标准的需求也在不断提升。
H.265/HEVC作为H.264/AVC的后继者，采用了更加先进的压缩技术，能够将视频压缩率提高约50%，同时保持与H.264/AVC相当的视频质量。
H.265/HEVC在4K、8K超高清视频、虚拟现实等领域有着广泛的应用前景，成为了当前和未来视频编码的重要标准。
除了H.264/AVC和H.265/HEVC之外，未来的视频编码标准也备受关注。
随着5G、物联网、人工智能等技术的发展，对视频编码标准的需求将会更加多样化和个性化。
未来的视频编码标准将会更加注重对多种场景的适配性，包括移动端、云端、边缘计算等不同的应用场景。
总的来说，视频编码的国际标准在数字视频处理中起着至关重要的作用。
H.264/AVC和H.265/HEVC作为当前的主流视频编码标准，分别在不同的应用场景中发挥着重要作用。
未来的视频编码标准也将会不断演进，以适应多样化的视频应用需求。
视频编码的国际标准的不断完善和创新，将会推动数字视频处理技术的发展，为用户带来更加优质、高效的视频体验。
视频编码概念和主要编码算法
视频编码概念和主要编码算法视频编码是将数字视频信号转换为数字视频的过程，它使用编码算法来减少视频数据的冗余，并在保持视觉质量的同时减小文件大小。
视频编码对于视频传输、存储和分享非常重要。
视频编码的主要目标是通过移除冗余和统计特性来降低视频信号的数据率，而同时保持所需质量的最佳可视效果。
视频编码算法通常包含两个主要阶段：预处理和压缩编码。
预处理阶段是对视频信号进行处理和转换，以突出其中的重要信息，并减少冗余。
这些预处理技术包括空间和时间滤波、亮度和色彩空间转换等。
压缩编码阶段是将预处理后的视频数据压缩为尽可能小的比特流，通常使用有损压缩算法。
下面是几种主要的视频编码算法：1. MPEG（Moving Picture Experts Group）算法：MPEG是一组用于压缩和传输视频和音频数据的标准。
MPEG算法基于空间和时间冗余的概念，通过运动估计、运动补偿和离散余弦变换等技术来压缩视频数据。
2. H.264/AVC（Advanced Video Coding）算法：H.264是一种广泛使用的视频编码标准，具有高效的压缩性能。
它采用了运动估计、变换编码和熵编码等多种技术，并引入了一些新的特性，如帧内预测和熵编码上下文建模，以提高编码效率。
3. VP9算法：VP9是Google开发的一种开放源码视频编解码器，用于实现高效的视频压缩。
VP9算法采用了类似于H.264的技术，并引入了一些新的特性，如可变块大小和有损连续运动估计，以提高编码效率和视频质量。
4. AV1算法：AV1是一种由Alliance for Open Media开发的新一代开放源码视频编解码器。
AV1采用了先进的编码技术，如双向预测、变换编码和可变块大小等，以提供更好的压缩效率和视频质量。
这些视频编码算法的选择取决于具体的应用需求和技术要求。
不同的编码算法有不同的性能和兼容性，用户需要根据实际情况选择最适合的算法。
总之，视频编码是对数字视频信号进行处理和压缩的过程。
多媒体技术视频与编码标准
多媒体技术视频与编码标准多媒体技术是指以数字技术作为基础，通过图像、声音、视频等多种媒体形式的集成展示方式。
而编码标准则是为了在传输和存储过程中将多媒体数据进行压缩和解压缩的一种方法。
多媒体技术在现代社会中的应用非常广泛，从电视广播、电影制作到在线视频、游戏、虚拟现实等领域，都离不开多媒体技术的支持。
而编码标准则起到了优化多媒体数据传输和存储的作用，使得多媒体内容能够以更高效、更稳定的方式呈现给用户。
目前，常用的视频编码标准包括MPEG-2、H.264/AVC和HEVC（H.265）。
MPEG-2是最早的数字视频编码标准之一，广泛应用于DVD和数字电视广播。
H.264/AVC是当前最主流的视频编码标准，被广泛应用于在线视频平台和高清电视广播。
而HEVC是最新的视频编码标准，相较于H.264/AVC，具有更好的压缩性能，能够提供更高质量的视频内容。
在多媒体技术中，音频编码标准也是不可或缺的一部分。
常见的音频编码标准包括MP3、AAC和Opus。
MP3是最早流行起来的音频编码标准，它能够在较小的文件大小下保持相对较高的音质。
AAC是一种高级音频编码标准，通常用于音乐和音频流媒体传输。
而Opus是一种适用于各种应用领域的新一代开放式音频编码标准，具有较高的音质和较低的延迟。
在多媒体技术中，还有许多其他编码标准被应用于图像、文字和其他类型的多媒体数据。
例如，JPEG是一种常用的图像编码标准，用于压缩静态图像。
MP4、AVI等是常用的多媒体容器格式，可以包含视频、音频和文本等不同类型的多媒体数据。
总结来说，多媒体技术与编码标准密不可分。
多媒体技术通过利用编码标准对多媒体数据进行压缩和解压缩，实现了高效的传输和存储。
随着技术的不断进步，多媒体技术和编码标准也在不断发展，为用户提供更好的观看和体验体验。
多媒体技术的发展已经成为现代社会不可或缺的一部分。
从电影到电视广播，从网络直播到游戏，多媒体技术为人们提供了丰富多样的视听娱乐体验。
视频编解码技术的标准化与规范化(系列二)
视频编解码技术的标准化与规范化随着互联网的普及和高速网络的广泛应用，视频成为人们生活中不可或缺的一部分。
然而，视频文件的传输和播放需要经过复杂的编解码过程。
由于厂商与技术差异，导致不同设备之间的视频无法互通。
为了解决这个问题，视频编解码技术的标准化与规范化成为当今技术发展的重要议题。
一、背景介绍视频编解码技术是将数字视频信号转换成可读、可传输、可存储的视频文件的过程。
它包括两个主要部分：编码和解码。
编码是指将原始视频信号转换为数字信号，解码则是将数字信号转换为原始视频信号。
目前市面上存在许多视频编解码的技术和标准，如、、VP9等。
这些标准存在于不同的设备和平台上，导致互通成为一个严重的问题。
二、标准化的意义1. 实现设备互操作性：标准化能够确保不同设备之间的互操作性，使得不同品牌和型号的设备能够顺利地进行视频文件的传输和播放。
无论是手机、电视、相机还是车载娱乐设备，只要遵循相同的视频编解码标准，就可以实现互通。
2.提高视频传输效率：视频编解码标准的统一能够大幅提高视频文件的传输效率。
通过采用更高效的压缩算法和传输协议，可以大幅减少视频文件的大小和带宽占用。
用户可以更快速地加载和分享视频内容，提升用户体验。
3.节省存储空间：标准化编解码技术还能够帮助用户节省存储空间。
在视频编码过程中，采用更加高效的算法可以将视频文件的大小压缩至更小，从而节省存储空间。
尤其是在移动设备上，存储空间有限，标准化编解码技术能够有效地解决存储问题。
三、标准化与规范化的挑战尽管标准化编解码技术的价值和意义显而易见，但实践中仍然存在一些挑战。
首先，由于不同厂商和研究机构的利益差异，存在标准竞争的问题。
不同标准之间的竞争不仅导致了技术发展的分裂，还给用户带来了很多困扰。
其次，标准化的过程需要充分的共识和合作。
不同利益相关方之间的协作和协商是非常关键的，需要付出大量的时间和精力。
四、标准化与规范化的发展趋势为了促进视频编解码技术的标准化与规范化，国际组织和行业联盟都在积极推动相关工作。
新一代视频编码标准
新一代视频编码标准随着科技的不断发展，视频编码标准也在不断更新换代。
新一代视频编码标准的出现，将会对视频行业产生深远的影响。
本文将对新一代视频编码标准进行介绍，并探讨其对视频产业的影响。
新一代视频编码标准，主要是指H.265/HEVC（High Efficiency Video Coding）标准。
相较于之前的H.264/AVC标准，H.265/HEVC标准具有更高的压缩比和更好的视频质量，在相同画质下能够减少一半的码率。
这意味着在同样的带宽下，用户可以观看到更清晰、更流畅的视频内容。
这对于视频网站、在线直播、视频会议等行业来说，将会带来更好的用户体验，提升整个行业的竞争力。
除了提高视频质量外，新一代视频编码标准还将对视频产业的存储和传输产生重大影响。
由于H.265/HEVC标准具有更高的压缩比，相同画质的视频文件大小将会更小，这意味着在相同存储空间下能够存储更多的视频内容。
对于视频网站和在线视频平台来说，这将降低存储成本，提升存储效率。
同时，在传输方面，由于H.265/HEVC标准能够以更低的码率传输相同画质的视频内容，将会减少带宽占用，提高视频传输的稳定性和速度。
新一代视频编码标准的出现，也将对视频设备产业带来影响。
由于H.265/HEVC标准的普及，未来的智能手机、平板电脑、电视等设备将会更好地支持高清、超高清的视频内容。
这将推动视频设备产业的升级，提高设备的竞争力和市场需求。
总的来看，新一代视频编码标准的出现，将会对视频产业产生深远的影响。
它将提升视频质量，降低存储成本，提高视频传输效率，推动视频设备产业的发展。
这将为视频产业带来更多的发展机遇和挑战，也将为用户带来更好的观看体验。
相信随着新一代视频编码标准的不断普及，视频产业将会迎来新的发展机遇，迎接更美好的未来。
视频编码
发展历程
传统的压缩编码是建立在香农（Shannon）信息论基础上的，它以经典的集合论为基础，用统计概率模型来 描述信源，但它未考虑信息接收者的主观特性及事件本身的具体含义、重要程度和引起的后果。因此，压缩编码 的发展历程实际上是以香农信息论为出发点，一个不断完善的过程。
从不同角度考虑，数据压缩编码具有不同的分类方式。
H.263
图像视频编码的国际标准H.263标准是甚低码率的图像编码国际标准，它一方面以H.261为基础，以混合编码 为核心，其基本原理框图和H.261十分相似，原始数据和码流组织也相似；另一方面，H.
分辨率与监控
分辨率
最佳方式
监控行业中主要使用以下分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF。
2022年7月，中国AVS3音视频信源编码标准，被正式纳入国际数字视频广播组织（DVB）核心规范。
简介
视频是连续的图像序列，由连续的帧构成，一帧即为一幅图像。由于人眼的视觉暂留效应，当帧序列以一定 的速率播放时，我们看到的就是动作连续的视频。由于连续的帧之间相似性极高，为便于储存传输，我们需要对 原始的视频进行编码压缩，以去除空间、时间维度的冗余。
分辨率新的选择－528x384。
2CIF（704x288）已被部分产品采用，用来解决CIF清晰度不够高和4CIF存储量高、价格高昂的缺点。但由 于704x288只是水平分辨率的提升，图像质量提高不是特别明显。
经过测试，我们发现另外一种2CIF分辨率528x384，比704x288能更好解决CIF、4CIF的问题。特别是在 512Kbps－1Mbps码率之间，能获得稳定的高质量图像，满足用户较高图像质量的要求。这一分辨率已被许多络多 媒体广播所采用，被广大用户所接受。比如杭州通上影院是采用512x384分辨率，在768k下能稳定地获得近似DVD 的图像质量。
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14
Macroblock
Macroblock is basic unit for compression Each macroblock is 16x16 pixels.
Represent as YUV 4:2:0 data. 16x16 Luminance (Y) and subsampled 8x8 Cr, 8x8 Cb
ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG)
International Standardization Organization and International Electrotechnical Commission, Joint Technical Committee Number 1, Subcommittee 29, Working Group 11
3
What do the Standards Specify?
Just the bitstream syntax and the decoding process(e.g. use IDCT, but not how to implement the IDCT) →Enables improved encoding & decoding strategies to be employed in a standard-compatible manner
MVD consists of a variable length codeword for the horizontal component followed by a variable length codeword for the vertical component
22
VLC Table for MVD
Frame rate – 30 fps
11
Picture coding
The video pictures is split into intra and inter frames
Intra frames are coded similar to JPEG Inter frames are predicted from previously decoded frames
Macroblocks are not transmitted when they contain no information for that part of the picture
20
VLC Table for Macro Block Addressing
21
Motion Vector Data (MVD)
A variable length codeword is used to indicate the position of a macro block within a group of blocks
For the first transmitted macro block in a GOB, MBA is the absolute address For subsequent blocks, MBA is the difference between the absolute addresses of the macro block and the last transmitted macro block
4
Video Coding Standardization Organizations
Two organizations dominate video compression standardization:
ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG)
International Telecommunications Union – Telecommunications Standardization Sector (ITU-T, a United Nations Organization, formerly CCITT), Study Group 16, Question 6
Advanced Video Communication (2. Video Coding Standards)
Ronggang Wang
Peking University, Shenzhen Graduate School 2010.10.10
Outline
Video coding standards overview H.261 H.263 H.264 Other new generation standards
12
Picture, GOB, MB, and Block
13
GOB and Resynchronization
Purpose of Group of Blocks is resynchronization.
GOB starts with a sync code (binary: 00000000 00000001)
23
CBP
CBP is present if indicated by MTYPE. The codeword gives a pattern number signifying those blocks in the macroblock for which at least one transform coefficient is transmitted. The pattern number is given by:
6
Video coding standards history
7
H.261
H.261: The Basis of Modern Video Compression ITU-T (ex-CCITT) Rec. H.261: The first widespread practical success
5
Dynamics of the Video Standardization Process
VCEG is older and more focused on conventional (esp. low-delay) video coding goals (e.g. good compression and packet-loss/error resilience) MPEG is larger and takes on more ambitious goals (e.g. “object oriented video”, “synthetic-natural hybrid coding”, and digital cinema) Sometimes the major organizations team up (e.g. ISO, IEC and ITU teamed up for both MPEG-2 and JPEG) Relatively little industry consortium activity (DV and organizations that tweak the video coding standards in minor ways, such as DVD, 3GPP, 3GPP2, SMPTE, IETF, etc.) Growing activity for internet streaming media outside of formal standardization (e.g., Microsoft, Real Networks, Quicktime)
Block-matching motion-compensated transform coding Picture format
CIF – Y:352×288, Cb, Cr: 176×144 (36.5 Mbits) Q (9.1 Mbits)
First design (late ‘90) embodying typical structure that dominates today: 16x16 macroblock motion compensation, 8x8 DCT, scalar quantization, and variable-length coding Key aspects later dropped by other standards: loop filter, integer motion comp., 2-D VLC, header overhead v2 (early ‘93) added a backward-compatible high-resolution graphics trick mode Operated at 64-2048 kbps Still in use, although mostly as a backward-compatibility feature – overtaken by H.263
1. Evaluating MVD for macro blocks 1, 12, 23 2. Evaluating MVD for macro blocks in which MBA does not represent a difference of 1 3. MTYPE of the previous macro block was not MC
Within a GOB, encoded MBs don’t even start on byte boundaries.
If there’s a bit error and you lose sync, or you join in the middle, you can’t decode the next bits (you don’t know where you are in the bitstream). Scan for the next GOB sync code, and then you can tart decoding.