视频编码技术前沿与方向 ppt
第5课 视频编码 课件(共13张PPT) 三下信息科技浙教版(2023)
三、数字视频的应用
随着互联网、大数据技术的发展，数字视频利用先进的处理技术 ，在提升视频播放质量的同时，实现了更多的创新应用。例如，视 频会议满足多人实时沟通交流；赛场高清直播实时捕捉并转播运动 员的精彩画面；虚拟现实(VR)全景技术模拟还原现实中的场景，使 观众获得沉浸式的交互体验；人工智能(AI)视频分析技术能够辨识 追踪视频画面，实时监控分析。
试一试
视频编码后也会产生不同类型的文件格式，常见的视频文件类 型有AVI、WMV、MP4、MOV等。试着将一种格式的视频利用格式 转换软件转化成其他视频格式，比较不同格式视频的差异。
选中文件，单击鼠标 右键，选择“属性”,查 看视频详细信息。
二、视频数字化
当连续的图像以一定的速度播放时，就会形成比较流畅的视频 画面。在视频中，称一幅静止的画面为帧。当计算机要处理视频时 ，通过数字采集设备如摄像机对画面进行采集，当每秒采集的帧画 面越多，产生的视频就会越流畅，然后对采集到的视频画面进行编 码转换，根据量化的结果进行编码转换，最终完成视频数字化。
第5课 视频编码
学习内容
1.视频编码实现过程。 2.数字视频的应用。
讨论
视频是可以用于记录比赛、进行远程交流的一种方式， 动态的画面是如何变成视频被计算机处理的呢?
建构
视频编码是视频处理中的一个核心技术，视频的数据量 一般都比较大，经过数字化编码后便于存储和传输。
一、认识数字视频
数字视频技术能将动态的图像、声音等进行编码、压缩、储存 ，得到不同格式的数字视频，最大程度保证了图像与声音的完整性 。
练习
定格动画是通过逐帧地拍拍摄一段简单的定格动画视频，并与同伴分享交流。
谢谢聆听！
INTERNET OF THINGS
视频编码技术-PPT
1.视频信号的数字化 2.视频文件格式 3.视频压缩编码原理 4.视频压缩标准
学习目标
掌握视频数字化方法 了解视频文件格式 掌握视频压缩编码原理（预测编码、变换编
码、统计编码原理）
理解视频压缩标准（ MPEG标准 ）
3.1 视频信号的数字化
1.视频相关的基本概念
所谓视频（video frequency ），连续的图像变化每秒 超过24帧（frame）画面以上时，根据视觉暂留原理，人 眼无法辨别单幅的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效 果，这样连续的画面叫做视频。即视频是由一系列单独的 静止图像组成，其单位用帧或格来表示；
（1）本地影像视频格式
－MOV格式，美国Apple公司开发的一种视频格式，默认 的播放器是苹果的QuickTime Player。具有较高的压缩比率 和较完美的视频清晰度等特点，但其最大的特点还是跨平 台性，即不仅能支持Mac OS，同样也能支持Windows系列。
Avid Media composer非线性编辑软件支持该格式。
同步信号
)
地(色度)
S-Video四芯插头（座）
地(亮度)
2.视频的采集及数字化
视频采集卡的接口
莲花接头
2.视频的采集及数字化
视频采集卡的接口 IEEE1394接口
IEEE1394是一种外部串行总线标准，800Mbps的 高速。1394接口具有把一个输入信息源传来的数据向 多个输出机器广播的功能，特别适用于家庭视听的连接。 由于该接口具有等时间的传送功能，确保视听AV设备 重播声音和图像数据质量，具有好的重播效果。
人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂 的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，而能继续保 留其影像0.1-0.4秒左右，这种现象被称为视觉暂留现象。
协议软件部培训PPT-H264视频编解码技术
培训内容
• 视频编码标准H.263 – 协议结构
H.263有效载荷头定义了三种格式（模式A、模式B和模式C）。在模式A 中，在实际压缩H.263视频比特流之前存在4字节的H.263有效载荷头。 这样允许在GOB边界有分段。在模式B中，使用的是8字节的H.263有效 载荷头，且每个数据包从MB边界开始，没有PB帧选项。最后，模式C中 使用的是12字节的H.263有效载荷头，采用PB帧选项支持在MB边界的帧 分段。
4:4:4 ，Y、Cb 和Cr 具有同样的水平和垂直清晰度，在每一像素位 置，都有Y，Cb 和Cr分量，即不论水平方向还是垂直方向，每4个亮 度像素相应的有4个Cb和4个Cr色度像素。
4:4:4
4:2:0
4:2:2
Y Cb Cr
2021/7/14
• 视频编码的相关术语
1. 场和帧 2. 片和宏块 3. 片组 4. 档次和级 5. SP和SI 6. SPS和PPS 7. 图像序列号（POC） 8. RBSP和SODB
协议软件部培训PPTH264视频编解码技术
2021年7月14日星期三
•目标 •重点 •培训内容 •参考资料
2021/7/14
目录
培训目标 1. 掌握视频信息和视频编码的相关概念 2. 理解H.264编解码器的工作原理和关键算法 3. 掌握主流的H.264开源编解码器的架构和实
现 4. 掌握H.264视频数据RTP传输封包格式
1988年，ISO/IEC信息技术联合委员会成立了活动图像专家 组（MPEG，Moving Picture Expert Group）。1991年 公布了MPEG-1视频编码标准，码率为1.5Mbps，主要 应用于家用VCD的视频压缩；1994年11月，公布了 MPEG-2标准，用于数字视频广播（DVB）、家用 DVD的视频压缩及高清晰度电视（HDTV）。
视频编码技术及H264标准精品PPT课件
熵编码原理 算术编码的唯一性和效率
• 长度为n的序列的算术编码的平均码长为：
lA P (x)l x
P (x ) lo g
P
1 (x
)
1
P
(
x
)
lo
g
P
1 (x
)
1
1
P (x ) lo g P (x ) 2 P (x )
H X n 2 n H X 2
n H X lA n n H X 2 H X lA H X n 2
Zeroleft: 当前非零系数之前所有零的个数，初始值为TotalZeros
HR.2un6_b4eforCe：A游V程 LC 下面两种情况不需要编码： 最后一个非零系数（反Z方向）前零的个数 没有剩余的零可以编码，∑ Run_before=total_zeros
本例题中：0 3 0 1 -1 -1 0 1 0 0 0 。。。。。
HEVC视频编码标准之熵编码
——基于上下文的自适应二进制算术编码CABAC （Context-based Adapting Binary Arithmetic Coding）
郑明魁
数字电视智能化技术国家地方联合工程研究中心
熵编码基础
目前的视频编码标准主要通过去除空间冗余、时间冗余与编码冗余 来实现压缩。编码器将多种算法有效的结合起来达到较高的压缩性能 ，主要相关技术包括预测编码、变换编码、量化和熵编码技术。
熵编码原理
1.算术编码 Arithmetic Coding（二进制）
在编码过程中，输入数据流中 的信源符号被分为大概率符号 (MPS)和小概率符号(LPS)。
LPS的概率记为Q， MPS的概率记为P=1-Q
熵编码原理 算术编码的唯一性和效率
视频编解码技术简介
视频编解码技术简介第一节：什么是视频编解码技术视频编解码技术（Video Codec）是一种将视频信号进行压缩和解压缩的技术。
它通过降低视频信号数据的冗余性来减少数据传输或存储所需的带宽或存储空间，从而实现高效的视频传输和存储。
在视频编码过程中，先对视频信号进行压缩，而在解码过程中则对压缩后的视频信号进行还原。
第二节：视频编解码技术的发展历程视频编解码技术的发展经历了多个阶段。
早期的视频编解码技术采用的是无损压缩的方法，即完全保留原始图像信息，但需要大量的存储空间和传输带宽。
后来，随着互联网的发展，压缩编码技术逐渐成为主流。
目前常用的视频编解码技术包括MPEG、、等。
第三节：常见的视频编解码标准1. MPEG（Moving Picture Experts Group）编码标准是一种广泛应用于视频压缩的技术。
它将视频信号分解成一系列帧，并通过空间和时间的冗余性来实现压缩。
MPEG编解码标准包括了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等多个版本，其中MPEG-4是应用最为广泛的一个版本。
2. （也称为AVC）是一种高效的视频编解码标准。
它在视频质量和压缩比之间取得了良好的平衡，适用于各种应用场景，如视频会议、网络视频等。
采用了许多新的编码技术，如运动预测、帧内预测和熵编码，以提高压缩效率。
3. （也称为HEVC）是的后继标准，是目前最先进的视频编解码技术之一。
在的基础上进行了改进，充分利用了高级分析和新的压缩算法。
相较于，可以实现更高的压缩效率，即在相同的视频质量下，更少的数据量和带宽需求。
第四节：视频编解码技术的应用领域视频编解码技术广泛应用于各个领域。
在互联网应用中，视频编解码技术使得视频的在线播放更加流畅，减少了带宽需求，并提供了更好的用户体验。
在视频会议和远程协作中，视频编解码技术使得远程通信更加便捷，实现了高清画质和低延迟。
此外，视频编解码技术还应用于电视广播、监控系统、医学影像和虚拟现实等领域。
直播行业中的视频编码与传输技术
直播行业中的视频编码与传输技术随着互联网的快速发展和带宽的提升，直播行业迅猛发展，成为了现代社会中不可或缺的一种媒体形式。
在直播过程中，视频编码和传输技术起着至关重要的作用。
本文将从视频编码和传输技术两个方面，介绍直播行业中的关键技术和发展趋势。
一、视频编码技术1. H.264编码H.264是直播行业中广泛采用的视频编码标准，它具有高效率、高质量和广泛兼容性的特点。
H.264编码通过采用多种先进的压缩算法，可以将视频信号压缩到较小的带宽上进行传输，并保持较高的视觉质量。
该编码技术也适用于不同的直播场景，如电视直播、游戏直播和移动直播等。
2. H.265编码H.265是H.264的升级版，也被称为高效视频编码（HEVC）。
相比于H.264编码，H.265编码在相同画质下，可以将视频传输所需的带宽减少约50%，从而节省带宽资源。
H.265编码技术在直播行业中的应用不断增加，为直播平台提供更佳的视频传输效果。
3. AV1编码AV1编码是一种开源视频编码标准，与H.264和H.265编码相比，具有更高的压缩效率。
AV1编码技术在直播行业中逐渐被采用，它可以大幅降低视频传输所需的网络带宽，提供更好的用户体验。
尽管AV1编码在编码速度和性能方面仍面临一些挑战，但随着技术的进一步发展，未来有望成为直播行业的主流编码标准。
二、视频传输技术1. RTP传输协议RTP（Real-time Transport Protocol）是一种常用的实时传输协议，用于在直播过程中传输音频和视频数据。
RTP协议可以提供实时性、丢包恢复和流畅度控制等功能，确保直播内容的稳定传输。
同时，RTP协议也支持多种编码格式，适用于不同的直播场景。
2. HTTP-FLV传输协议HTTP-FLV（HTTP-Flash Video）是一种基于HTTP协议的直播传输协议，广泛用于视频直播的传输。
相比于传统的RTMP协议，HTTP-FLV协议可以通过HTTP协议的优势，实现更稳定、更可靠的传输。
视频编码技术的研究及应用
视频编码技术的研究及应用随着互联网飞速发展，人们对视频信息的需求也越来越多。
视频编码技术作为实现视频信息传输的重要手段，其在视频压缩、传输和存储等方面起着至关重要的作用。
在这篇文章中，我们将探讨视频编码技术的研究和应用，并展望未来的发展趋势。
一、视频编码技术的基础原理视频编码技术的基础原理就是将视频信号转换为数字信号，然后通过压缩技术减小信号的数据量，最后进行传输和存储。
具体来说，视频编码技术通过以下几个步骤实现：1. 帧率转换。
将视频采样的连续图像转换成一系列的帧，通常每秒钟25-30帧。
2. 空间采样转换。
将视频中各个图像块采样成数字信号。
3. 量化。
将数字信号的精度减小，以达到压缩的目的。
4. 变换。
将视频信号变换至频域，以达到更好的数据压缩效果。
5. 熵编码。
利用数据编码的观念，减小视频数据的冗余程度。
二、视频编码技术的研究现状和应用1. H.264编码技术H.264编码技术是当前最流行的视频编码技术之一，它可以将原始视频信号的数据量减小80%以上，实现高清视频信号的压缩存储。
在视频传输领域，H.264码流的压缩比高，传输速率低，较好地解决了网络带宽不足的问题。
2. VP9编码技术VP9是一种开源的视频编码技术，它是Google开发的新一代视频编码格式。
与H.264相比，VP9解码更加快速，具有更好的图像质量和更小的文件大小，同时可以支持4K和8K超高清视频信号的传输。
3. 视频监控系统中的应用视频编码技术在现代视频监控系统中也起着至关重要的作用。
在视频监控系统中，采集到的视频信号需要经过编码和压缩，同时可以实现视频数据的存储和远程传输。
通常会使用H.264、H.265和VP9等编码格式。
4. 视频共享平台中的应用视频编码技术也广泛应用于各种视频共享平台，如YouTube、Netflix等。
在这些平台上，视频编码技术可以大大减小视频数据量，提高用户观看视频的体验。
同时，视频编码技术也可以支持视频的快速下载和在线播放。
视频编码国际标准122页PPT
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
视频编码国际标准
Байду номын сангаас
谢谢你的阅读
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Spatial Base Layer
(Layer 0)
reconstructed and upsampled sequence
L0* L0* L0* L0* L0* L0* L0* L0* L0* L0* L0* L0*
Base Layer Prediction
temporal subband pictures
二、视频编码技术前沿与方向
10
提纲
视频编码技术现状简介
视频编码技术前沿与方向 – 基于视觉特性的编码 – 多维度可伸缩编码 – 多视/立体视编码 – 分布式编码 – 下一代视频编码标准
11
数字视频应用
12
传统视频编码技术原理
传统视频编码方法 – 从信号处理层面入手，以像 素、块为表示基础 – 基于香农信息论，采用混合 编码框架：变换 + 预测 + 熵 编码 视频编码的极限 – 数学极限 — 熵 – 差别感知能力 — Weber定律， 心理学模型
基于上下文 的算术编码 分布式 编码
1950
混合编码 哈夫曼 编码 块运动估计
~1985
1999
容错 高级的去块 效率虑波
高精度运 动补偿
2014
多视 编码
专利可免费使用 专利可免费使用
场景自适 应编码
隔行编码
运动矢量 预测
基于对象 的可分级 编码
14
视频编码标准发展历程
ISO/IEC MPEG – MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-4 AVC/H.264, MPEG HVC ITU-T VCEG – H.261, H.262(MPEG-2), H.263, H.264, VCEG H.NGC 中国 AVS – AVS-P2, AVS-S 下一代标准？ – 方向、技术？ 下一代标准 AVS MPEG-4 AVC/H.264 MPEG-4 MPEG-2
31
多视编码
多视采集系统 – 线阵排列
32
多视编码
多视采集系统 – 弧形排列
33
多视编码
采集系统 – 面阵排列
34
多视编码
多视点预测编码—H.264 MVC – 视内预测 – 视间预测：消除视间的冗余
35
多视编码
H.264 MVC 编码效率16来自能突破方向：借鉴视觉感知 机理
对视觉感知机理的认识逐渐深入，用于视
频编码的潜力很大
视频编码
JPEG (~14倍) JPEG (~50倍)
群组编码 视觉注意
感知图
运动感知
基于视感知的压缩 (~200倍)
…
[Guo03, ICCV]
稀疏编码 稀疏编码 视觉机理
…
17
提纲
视频编码技术现状简介
黄铁军博士 （数字版权管理） 王亦洲博士 （计算机视觉）
主讲教师 高文教授
田永鸿博士 （统计学习、媒体 分析与检索）
马思伟博士 （视频编码）
张楠博士 （三维电视） 殷海兵博士 段凌宇博士 （芯片设计）（媒体分析与检索）
8
联系人
主讲教师：高文
wgao@ /staff/gaowen.aspx /htm-gaowen/ 62758602 理科2号楼2641
1989
MPEG-1
1993
1997
2001
2005
2009
2013
2017 年代
15
问题分析：客观指标与主观 感知的差异？
峰值信噪比=5.98
峰值信噪比=6.24
一般认为：峰值信噪比与图像质量近似成正比关系。 结论：1、峰值信噪比度量与人的视觉感知并不完全一致！ 2、需要寻求更加符合人类视觉感知的客观度量方法以 及相应的编码理论和方法。
H23 H01 H13 H01 L23 H01 H13 H01 H23 H01 H13 H01
27
传统可伸缩编码
H.264 SVC MCTF enhancement
L3 H1 H2 H1 H3
GOP boundaries
layer – Hierarchical Picture编码, 完全可兼容AVC的SVC编
H1 H1 H1 H1 H1 L1 H1 H1 H1 H1 H1 H1
Reconstruction
Spatial Enhancement Layer (Layer 1)
reconstructed sequence
L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1
29
多维度可伸缩视频编码
信息论
视觉信息论
视频编码 框架与方法
基于数字信号处理的 框架与方法
基于视觉模型的 框架与方法
19
基于视觉特性的视频编码
视觉信息论 —— 从像素到基元（熵）
质量评价方法 —— 与主观感知一致
编码方法 —— 多维度感知编码、分布式视觉编码
香农信息熵 H (X )
像素集 扩展
视觉熵 H (F )
基元词典
20
基于视觉特性的视频编码
技术1：纹理分析合成编码*
*Thomas Wiegand: New Techniques for Improved Video Coding
21
基于视觉特性的视频编码
纹理分析合成编码* – 实验结果对比
*Thomas Wiegand: New Techniques for Improved Video Coding
23
基于视觉特性的视频编码
技术3：视觉感知机理与编码 – “像素-基元/纹理-对象-场景” 层次模型 – S. Zhu, UCLA
视觉表示模型 场景 对象 基元、纹理 物理世界模型 世界 物质 原子/分子
原始 图像
感知 图获 取 结构 感知 纹理 区域 估计 合成 纹理
像素
电子
合成 图像
24
基于视觉特性的视频编码
符合人眼特性的图像/视频质量评价标准
– 块效应、模糊效应、振铃效应的模型表示
图像/视频库
主观质量评价 视觉失真测度模型
25
提纲
视频编码技术现状简介
视频编码技术前沿与方向 – 基于视觉特性的编码 – 多维度可伸缩编码 – 多视/立体视编码 – 分布式编码 – 下一代视频编码标准
26
传统可伸缩编码
《视频编码与理解》课程
第一讲
视频编码技术前沿与方向
北京大学数字媒体研究所 /tutorial/FMM.htm
1
一、课程概要
2
课程概要
授课目的
– 掌握数字媒体所涉及的基本原理和技术，培养解决实际问题的能力 – 深入理解数字媒体技术的前沿研究进展和发展方向，从而引导同学们
可伸缩编码框架：融合时域、空域、质量、注意、动态范围
等的多维度可伸缩编码方法 注意编码：基于注意模型的感兴趣区域表达、编码及码流优 化截取方法
空域 可伸缩 时域 可伸缩 质量 可伸缩 注意 可伸缩 动态 范围 可伸缩
30
提纲
视频编码技术现状简介
视频编码技术前沿与方向 – 基于视觉特性的编码 – 多维度可伸缩编码 – 多视/立体视编码 – 分布式编码 – 下一代视频编码标准
H1
H2
H1
L3
码方案, 通过层次预测实现时域可分级编码
AVC Main Profile compatible base layer
A
B3
B2
B3
B1
B3
B2
B3
A
28
传统可伸缩编码
H.264 SVC
– SNR可分级：层间预测
reconstructed sequence
L0 L0 L0 L0 L0 L0 L0 L0 L0 L0 L0 L0
开展更深入的专题科学研究
课程内容
– 视频编码：最新技术、应用前景、学科发展方向。
– 视频分析：计算机视觉、模式识别、媒体分析与检索、媒体安全与版
权保护 – 最新报告：视频编码、媒体分析与检索、数字版权管理、计算机视觉 等
先修课程：本科生课程《数字媒体技术基础》
– 没修过的同学可以旁听本学期课程（周二3-4节，三教407） – 或者从媒体所网站下载去年的讲稿（解压密码62758116）
Engineering: Fundamentals, Algorithms, and Standards. (Second Edition) by Yun Q. Shi, Huifang Sun. 视频理解方向：Image Processing, Analysis and Machine Vision by (Third Edition) by Milan Sonka, Vaclav Hlavac, Roger Boyle. (Second Edition 有影印版和中文译本) 4
视频编码技术前沿与方向 – 基于视觉特性的编码 – 多维度可伸缩编码 – 多视/立体视编码 – 分布式编码 – 下一代视频编码标准
18
基于视觉特性的视频编码
人类“眼脑”视觉信 系统处理基本流程 息
视网膜 侧膝体
下颞叶皮质区
视觉信息表示的 基本粒子结构
光学刺激
像素
图像块
局部特征 部件/物体
视频编码 理论基础
6
考核方法
1、课堂记录与讨论(20%)
2、课程设计(50%)
3、专题报告 (30%)
– 就课程覆盖的高级论题或自选论题（须经教师认可）撰写综述报告，
主要考察文献综述是否比较齐全、报告是否抓住了主要思想及其发展 脉络、能否对未来发展提出独特的思路、报告内容及其组织方式的独 特性。