数字视频压缩编码.
h265编码 原理
h265编码原理
编码，也称为高效视频编码（High Efficiency Video Coding，HEVC），是一种用于数字视频压缩的标准。
它的原理主要是通过去除空间、时间、编码、视觉等方面的冗余信息来压缩原始视频。
在编码中，视频被分割成一系列的图像帧，然后对每一帧进行一系列的预处理和编码操作。
这些操作主要包括：
1. 空间预测：对于每个图像块，算法会尝试预测像素值，以减少空间冗余。
2. 运动补偿：利用连续帧之间的相似性，通过运动估计和运动补偿来减少时间冗余。
3. 变换编码：将预测后的残差数据进行变换编码，以进一步减少空间冗余。
4. 量化和环路滤波：变换后的数据经过量化处理，以进一步减少数据量。
同时，环路滤波可以减少图像的失真。
在编码中，量化参数（QP）控制每个编码块的量化步长，从而影响视频码率和失真程度。
量化步长越大，表示量化越粗，对应的视频码率越低，失真越大；量化步长越小，表示量化越细，对应的视频码率越高，失真越小。
此外，还采用了灵活的宏块组织方式、四叉树划分结构和多参考帧选择等机制，以进一步提高压缩效率和适应不同场景的视频编码需求。
总的来说，编码通过更先进的算法和更高的数据压缩比，能够在保证视频质量的同时，大大减少视频数据的传输带宽和存储空间需求。
视频编码与压缩技术研究
视频编码与压缩技术研究随着数字技术的快速发展，人们日常生活中使用视频的频率不断增加。
而视频的传输和存储需要占据大量带宽和存储空间，为了解决这个问题，视频编码与压缩技术应运而生。
本文将对视频编码与压缩技术进行研究，探讨其原理、方法和应用。
一、视频编码与压缩技术的原理视频编码与压缩技术旨在通过一系列算法和技术手段将视频数据进行编码和压缩，以减小其文件大小和传输带宽，同时尽量保持视频质量。
该技术的原理包括以下几个方面：1. 空间域压缩：通过减少颜色分辨率、丢弃冗余信息、删除不可见部分等方法实现对视频数据的压缩。
这种方法不需要依赖其他的信息，体现了视频本身的信息冗余性。
2. 时间域压缩：通过寻找视频连续帧之间的差异，在时间上实现对视频数据的压缩。
这种方法主要基于视频序列中帧之间相似性的原理，将关键帧和非关键帧进行区分，对非关键帧进行差值编码，从而实现对视频的压缩。
3. 变换域压缩：将视频数据从空间域转换到频域，然后使用变换编码技术对频域数据进行处理，实现对视频信息的压缩。
其中，最常用的变换编码技术是离散余弦变换（DCT）。
二、视频编码与压缩技术的方法视频编码与压缩技术有多种方法，其中最主要的方法包括以下几种：1. 基于帧间预测的编码方法：该方法是通过对当前帧进行预测，利用预测误差来编码图像。
最典型的方法是使用运动估计技术进行帧间预测，从而实现对视频的压缩。
2. 基于变换编码的方法：这种方法首先对视频帧进行变换，通常是离散余弦变换（DCT），然后对变换后的系数进行编码。
最经典的方法是基于H.264/AVC编码标准的方法。
3. 基于向量量化的方法：向量量化是一种直接以向量为单位进行编码的方法，将相似的向量进行聚类，然后利用聚类结果对向量进行量化编码。
这种方法通常应用于无损压缩领域。
三、视频编码与压缩技术的应用视频编码与压缩技术广泛应用于实时视频传输、数字电视、视频会议、远程监控等领域。
下面将详细介绍其应用：1. 实时视频传输：在实时视频传输中，为了保证视频的准确性和及时性，需要对视频进行实时压缩和解码。
视频压缩标准
视频压缩标准视频压缩标准是指对视频文件进行压缩处理时所遵循的技术规范和标准。
视频压缩是指通过编码和压缩算法，将视频文件的体积减小，以便更好地存储、传输和播放。
在数字视频应用中，视频压缩是非常重要的，它可以有效地减小文件大小，提高传输速度，节省存储空间，降低成本，提高视频质量等。
本文将介绍几种常见的视频压缩标准，以及它们的特点和应用场景。
一、H.264/AVC。
H.264/AVC是一种先进的视频压缩标准，它可以提供更高的压缩比和更好的视频质量。
它采用了先进的编码技术，如运动补偿、变换编码、熵编码等，可以在保证视频质量的前提下，将视频文件的体积减小到很小。
H.264/AVC广泛应用于数字电视、高清视频、蓝光光盘、视频会议等领域。
二、H.265/HEVC。
H.265/HEVC是H.264/AVC的升级版本，它在保证视频质量的前提下，可以将视频文件的体积减小到更小。
H.265/HEVC采用了更先进的编码技术，如更高效的运动补偿、更高效的变换编码、更高效的熵编码等，可以提供更高的压缩比和更好的视频质量。
H.265/HEVC广泛应用于超高清视频、4K视频、8K视频等领域。
三、VP9。
VP9是由Google开发的一种开放式视频压缩标准，它可以提供更高的压缩比和更好的视频质量。
VP9采用了更先进的编码技术，如更高效的运动补偿、更高效的变换编码、更高效的熵编码等，可以在保证视频质量的前提下，将视频文件的体积减小到更小。
VP9广泛应用于在线视频、网络直播、互联网视频等领域。
四、AV1。
AV1是由Alliance for Open Media开发的一种开放式视频压缩标准，它可以提供更高的压缩比和更好的视频质量。
AV1采用了更先进的编码技术，如更高效的运动补偿、更高效的变换编码、更高效的熵编码等，可以在保证视频质量的前提下，将视频文件的体积减小到更小。
AV1是未来的发展方向，它将广泛应用于各种数字视频应用中。
五、总结。
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。
第三章 数字电视视音频信号压缩编码技术
为帧内预测编码；三维预测与前面的帧有关，所以也称为帧 间预测编码。
二、 变换编码
变换编码也有变换、量化、编码三大过程：
1、离散余弦变换——DCT的基本思想
DCT变换是把空间域上的信号变换到 频率域上，使能量在空间域上分散分布的 原信号变换后能量在频率域上相对集中到 某些少数区域内，即将空间域上的信号样 值变换成频率域上的系数，经变换后的系 数按频率由低到高分布。
率为 p(xi )，且有 p(xi ) 1，则x1,x2,x3…xn所包含的 i 1
信息量分别为 log2 p(x1), log2 p(x2 ) log2 p(xn ) 。 于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均
信息量为：
H(x) p(x1)log2 p(x1) p(x2)log2(x2)
⑵对每一块像块进行DCT变换。 ⑶对变换后的系数进行量化。 ⑷进行之字形扫描（读出）和零游程编码。
3、DCT压缩编码的过程为：
三、统计编码（熵编码）
统计编码是基于信号统计特性的编码技术。 基本原理：
按信源符号出现概率的不同分配以不同长
度的码字（bit数），概率大的分配以短的码字， 概率小的分配以长的码字。这样使最终的平均
三、压缩的途径及方法
1、行、场逆程不传送，在接收端重新形成。 2、亚奈奎斯特取样 fs＜2fm。使混叠分量与 亮度谱线交错。
3、采用高效编码――信源编码。去除电视信号 中的冗余。
3.3 常用的数字电视视频压缩编码技术
一、 预测编码
1、预测编码的基本原理 利用某种数学模式对以前已知的相关数据进
视频压缩编码标准
视频压缩编码标准视频压缩编码标准是指在视频编码过程中采用的压缩算法和编码规范，它直接影响着视频文件的大小、清晰度和播放效果。
在数字视频技术不断发展的今天，各种视频压缩编码标准层出不穷，如何选择合适的视频压缩编码标准成为了视频领域的一个重要课题。
首先，我们需要了解视频压缩编码的基本原理。
视频压缩编码是通过去除视频信号中的冗余信息和不可见细节，以及利用人眼对视频画面的特性进行压缩，从而减小视频文件的体积。
常见的视频压缩编码标准有MPEG-2、MPEG-4、H.264、H.265等，它们分别采用了不同的压缩算法和编码规范，对视频压缩效率、清晰度、播放性能等方面有着不同的影响。
其次，我们需要了解各种视频压缩编码标准的特点和适用场景。
MPEG-2是最早期的视频压缩编码标准之一，主要用于DVD、数字电视等领域。
MPEG-4在MPEG-2的基础上增加了更多的压缩技术，适用于网络视频传输和多媒体应用。
H.264是当前应用最广泛的视频压缩编码标准，它在保证视频质量的前提下，大大减小了视频文件的大小，适用于在线视频播放、视频会议等场景。
H.265作为H.264的升级版本，在相同画质下能够进一步减小视频文件的体积，适用于4K、8K超高清视频的编码和传输。
最后，我们需要根据实际需求选择合适的视频压缩编码标准。
在选择视频压缩编码标准时，需要考虑到视频文件的用途、播放设备、网络带宽等因素。
如果是要在网络上传输视频，可以选择压缩率高、清晰度好的H.264或H.265标准；如果是要制作DVD或数字电视节目，可以选择MPEG-2标准；如果是要进行网络视频直播或会议，可以选择MPEG-4标准。
在实际应用中，还可以根据不同场景的需要，采用不同的视频压缩编码标准进行混合编码，以达到最佳的压缩效果。
综上所述，视频压缩编码标准是视频领域中至关重要的一环，它直接影响着视频文件的大小、清晰度和播放效果。
在选择视频压缩编码标准时，需要充分了解各种标准的特点和适用场景，结合实际需求进行合理选择，以达到最佳的压缩效果和播放体验。
MP4AVC
MP4AVC简介MP4AVC是一种视频压缩编码格式，也被称为MPEG-4 AVC（Advanced Video Coding）。
它是一种被广泛应用于数字媒体的视频压缩标准，旨在提供更高质量的视频和更低的比特率。
MP4AVC是一种基于块的编码方法，该方法使用帧内和帧间预测来减小视频的空间冗余。
通过使用运动矢量预测来移除帧间的冗余信息，并采用离散余弦变换（DCT）和量化方法来减小帧内的冗余。
MP4AVC具有高效的压缩比率和优秀的视频质量，因此被广泛应用于各种领域，包括数字电视广播、视频会议、多媒体应用、在线流媒体和移动通信等。
主要特性高压缩比MP4AVC使用一系列高级技术来实现高效的视频压缩。
其中包括变长编码（VLC）、上下文自适应变长编码（CAVLC）、运动估计和补偿、空间预测和变换编码等等。
这些技术有效地减小了视频数据的体积，提供了出色的压缩比率。
优秀的视频质量尽管 MP4AVC 使用了较高层次的压缩技术，但它仍能提供出色的视频质量。
这一点得益于其使用的运动矢量预测和空间预测方法，以及高级的变换编码技术。
这些技术减少了图像噪点和伪影，从而提高了视频的视觉质量。
现实时间传输MP4AVC非常适合现实时间传输，因为它可以在低带宽网络环境下提供高质量的视频传输。
这对于视频会议、实时监控和在线流媒体等应用非常重要。
平台兼容性MP4AVC是一个通用的视频编码标准，它可以在各种平台上使用，包括桌面计算机、移动设备和嵌入式系统等。
这种平台兼容性使其成为一种非常灵活和广泛应用的视频编码格式。
应用场景数字电视广播MP4AVC已成为数字电视广播领域的主流视频编码标准。
它能够在有限的带宽下提供高质量的视频传输，使用户可以享受到更清晰、更流畅的观看体验。
视频会议MP4AVC在视频会议中也得到广泛应用。
它可以在低带宽网络环境下实现高质量的视频传输，使参与者能够进行清晰、流畅的实时视频通话。
多媒体应用MP4AVC是多媒体应用中常用的视频编码格式之一。
dvd压缩编码标准
dvd压缩编码标准DVD压缩编码标准是指对DVD视频进行压缩和编码，以节省存储空间并提高播放效果和传输速度。
以下是与DVD压缩编码标准相关的参考内容：1. MPEG-2压缩编码标准：MPEG-2（Moving Picture Experts Group-2）是一种在DVD视频中使用的压缩编码标准。
它是一种适用于数字视频压缩的国际标准，广泛应用于广播、卫星通信和视频存储等领域。
2. DVD-Video规范：DVD-Video规范是光盘厂商组织（DVD Forum）发布的标准化规范，定义了在DVD上存储和播放视频的方法。
这些规范包括视频和音频编码格式、菜单和子标题系统、存储容量和文件系统等方面的要求。
3. 视频编码格式：DVD-Video通常使用的视频编码格式是MPEG-2，它将视频数据按照一组帧的方式进行压缩和存储。
MPEG-2压缩算法利用了空间和时间的相关性，通过去除冗余和不可感知的细节来减小视频文件的大小。
4. 音频编码格式：DVD-Video中常用的音频编码格式是AC-3（Dolby Digital）和DTS（Digital Theater Systems）。
这些编码格式将音频信号根据人耳的听觉机制进行压缩，从而减小音频文件的大小，同时保持较高的音质。
5. 分辨率和帧率：DVD-Video的标准分辨率为720×576像素（PAL制式）或720×480像素（NTSC制式），帧率为25帧/秒（PAL）或29.97帧/秒（NTSC）。
这些规定与电视制式兼容，以确保在不同地区播放的兼容性。
6. 字幕和菜单：DVD-Video规范中还定义了字幕和菜单系统。
字幕系统可以在视频播放时显示文字翻译或解释，菜单系统则提供交互式的导航和控制功能，允许用户选择不同的视频内容或功能操作。
7. 区域码和版权保护：DVD-Video还引入了区域码和版权保护机制。
区域码限制了光盘在特定地区的播放，版权保护系统（如CSS加密）则防止未经授权的复制和传播行为。
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数据压缩的可能性
– 能够对多媒体信息进行压缩的前提就 是因为数据中存在大量的冗余，尤其 是声音和图像； – 数据压缩的目的就是尽可能的消除这 些冗余；
冗余的类型
在静态图像中存在空间冗余
一幅图像中有较大的背景区域，在此区域中所 有的点具有相近的物理特性（亮度、颜色等）， 这种空间的连贯性就称为空间相关或空间冗余。
预测模型 设 t N 时刻之前的样本 x N 1与预测值之间的关系 x 2 ，„， 值 x1 ， 呈现某种函数形式 N 1 ˆN ai xi 线性预测编码器 x
i 1
非线性预测编码器
帧内预测编码
在图像数据压缩中，常用如下几种 线性预测方案： ˆ N xN 1 前值预测，即 x 一维预测，即采用同一扫描行中前面已 知的若干个样值来预测 x ˆN 二维预测，即不但用同一扫描行中的前 面几个样值，而且还要用以前几行扫描 行中样值来预测 x 举例如下 ˆN
帧间预测编码中的运 动补偿
最简单的时域预测就是 用前一帧作为当前帧的 预测参考帧。 一个视频序列里两个相 邻帧如右图所示。 第 一帧作为第二帧的参考 帧，残差是第二帧与参 考帧之差。
帧间预测编码中的运动 补偿
在 右 图中 ， 中 间灰度代 表 差 值为零 ， 浅灰和深 灰分别对应正、负差值。 这 种 简单预 测 的明显问 题 是 残差帧 中 剩余能量 太 多 ，也就 是 说预测后 还有很多信息需要压缩 。 多 数 残差是 由 于两帧之 间物 体运动 引 起的 ，所 以 更 好的预 测 是在两帧 之间进行运动补偿。
X是待编码（或解码）像素，如帧处理按光栅顺序，那么它的相邻像素 A, B和 C是已经编码（或解码）得到的。编码器用已编码像素的组合来预测X， 然后对预测值与实际值的残差进行编码。解码器用同样的预测方法加上解 码得到的残差来重构像素。 编码像素 P(X) = (2A + B + C)/4 残差 R(X) = X – P(X) ，对残差编码并传送. 解码器解码 R(X) 并进行同样的预测: P(X) = (2A + B + C)/4 重构像素 X = R(X) + P(X)
在很多情况下，数据压缩还原过后允许有一定 的损失，不过应当能基本表述原信息的内容， 否则没有意义； 依据：在原始信息中存在一些对用户来说不重 要、不敏感、可以忽略的内容； JPEG、MPEG
图像压缩方法
图像压缩方法
无损压缩 Huffman编码
有损压缩
预测编码 (DCT)变换编码 RLE行程编码 DPCM AC算术编码 ADPCM LZ字典式编码
帧内预测编码
帧内预测利用图像在空间上相邻像素之间 具有相关性的特点，由相邻像素预测当前 块的像素值，可以有效的去除块间冗余。
帧内预测包含多个预测方向，按照图像本 身的特点选择一个最佳的预测方向，最大 限度地去除空间冗余。
帧内预测编码
DPCM系统的基本原理
DPCM(Differential Pulse Code Modulation，差分脉冲编码调制)
数字视频压缩编码
参考书：《数字视频编码技术原理》 高文 科学出版社
数据压缩的必要性
庞大的数据量要求人们必须对数据进行压 缩 例：存储一幅352×288的静态真彩色图像 需要的存储空间：
352×288×3B=304.13kB 真彩色色彩深度24bit，即3个字节
例：计算1分钟视频所需的存储空间。分辨 率为352×288，每秒25帧，不含音频数据
帧内预测编码
DPCM系统的基本原理
和发 接收端恢复的输出信号 xN 送端输入的信号 xN 的误差是
xN ( x ) xN x eN eN ˆN eN ˆN eN xN xN xN
可见，输入输出信号之间的误差 主要是由量化器引起的。
帧内预测பைடு நூலகம்码
混合编码
JPEG
MPEG
运动补偿（帧间预测）
视频编码技术
主流的编码技术是以宏块为单位进行编码， 将每帧图像划分成若干宏块，按照从上到 下，从左到右的顺序对每个宏块进行处理。
预测
变换
量化
扫描
熵编码
视频压缩关键技术流程图
预测编码
预测编码是消除视频冗余的重要编码工具 之一，针对空间冗余有帧内预测编码 （intra-prediction），对于时域冗余有基 于运动估计技术的帧间预测编码（interprediction）。 预测编码利用信号间的相关性，用前面一 个或多个信号作为当前信号的预测值，对 当前信号的实际值与预测值之差进行编码。
在视频序列中存在时间冗余
视频序列中相邻的帧往往包含相同或类似的背 景和运动物体，只不过运动物体所在的空间位 置略有不同。这种相邻帧间数据的高度相关性 就称为时间冗余。
冗余的类型
信息熵冗余
信息熵冗余也称为编码冗余，由香农定理可知， 为表示图像数据的一个像素点，只要按其熵的大 小分配相应的比特数即可。而对于实际图像数据 的每个像素，在图像获取时很难得到它的熵，因 此，一般是对每个像素采用相同的比特数来表示， 这样就必然存在冗余，这种冗余称为信息熵冗余。
帧间预测编码
运动图像邻近帧中的场景存在着一定的相 关性，因此，可为当前块搜索出在邻近参 考帧中最相似的预测块，并根据预测块的 位置，得出两者之间的空间位置的相对偏 移量，即运动矢量。 通过搜索得到运动矢量的过程称为运动估 计。 根据运动矢量，从指定的参考帧中找到预 测块的过程称为运动补偿。
冗余的类型
视觉冗余
人眼的视觉特性
知识冗余
先验知识和背景知识
结构冗余
指视频图像中存在很强的纹理结构或自相似性
去除冗余的方法
空间冗余的消除
基于预测的方法：帧内预测 正交变换的方法
时间冗余的消除
基于预测的方法：帧间预测
编码冗余的消除
熵编码
数据压缩的方法
无损压缩
压缩时不损失任何信息，解压时可以完全恢复成 原来的数据； 利用原始信息中的相关性进行的数据压缩不损失 原信息的内容，可实现无损压缩 统计式：Huffman编码、算术编码（AC）、行 程编码（RLC)；字典编码（LZW）
数据压缩的方法
有损压缩：数据压缩后不能将原来的 文件信息完全保留的压缩；