音视频处理之编码介绍20180224

Posted 2020-10-25 yuweifeng

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了音视频处理之编码介绍20180224相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、视频编码数据

1.概述

视频编码的主要作用是将视频像素数据（RGB，YUV等）压缩成为视频码流，从而降低视频的数据量。如果视频不经过压缩编码的话，体积通常是非常大的，一部电影可能就要上百G的空间。视频编码是视音频技术中最重要的技术之一。视频码流的数据量占了视音频总数据量的绝大部分。高效率的视频编码在同等的码率下，可以获得更高的视频质量。

视频编码的简单原理可以参考：视频压缩编码和音频压缩编码的基本原理

注：视频编码技术在整个视音频技术中应该是最复杂的技术。如果没有基础的话，可以先买一些书看一下原理，比如说《现代电视原理》《数字电视广播原理与应用》（本科的课本）中的部分章节。

主要视频编码一览

名称	推出机构	推出时间	目前使用领域
HEVC(H.265)	MPEG/ITU-T	2013	研发中
H.264	MPEG/ITU-T	2003	各个领域
MPEG4	MPEG	2001	不温不火
MPEG2	MPEG	1994	数字电视
VP9	Google	2013	研发中
VP8	Google	2008	不普及
VC-1	Microsoft Inc.	2006	微软平台

由表可见，有两种视频编码方案是最新推出的：VP9和HEVC。目前这两种方案都处于研发阶段，还没有到达实用的程度。当前使用最多的视频编码方案就是H.264。

2.视频编码分析工具

Elecard Stream Eye查看视频编码格式(也叫码流分析工具，可分析h264)，如下图：

红色的表示I帧，蓝色的表示P帧，绿色的表示B帧，方块表示宏块的划分方式，划分为16x16的小块，每块都有不同的类型(用不同的颜色标识)

左侧坐标表示数据量

I帧不依赖其他的帧，只压缩当前画面的数据。

P帧只会存和红色框(运动矢量)不一样的信息，和前面I帧不一样的信息。

B帧还会存和绿色框(运动矢量，和后面不一样的)不一样的信息，会参考前后的帧

3.编码标准

3.1. 主流编码标准

H.264仅仅是一个编码标准，而不是一个具体的编码器，H.264只是给编码器的实现提供参照用的。

基于H.264标准的编码器还是很多的，究竟孰优孰劣？可参考：MSU出品的 H.264编码器比较（2011.5）

在学习视频编码的时候，可能会用到各种编码器（实际上就是一个exe文件），他们常用的编码命令可以参考：各种视频编码器的命令行格式

学习H.264最标准的源代码，就是其官方标准JM了。但是要注意，JM速度非常的慢，是无法用于实际的：H.264参考软件JM12.2RC代码详细流程

实际中使用最多的就是x264了，性能强悍（超过了很多商业编码器），而且开源。其基本教程网上极多，不再赘述。编码时候可参考：x264编码指南——码率控制。编码后统计值的含义：X264输出的统计值的含义（X264 Stats Output）

Google推出的VP8属于和H.264同一时代的标准。总体而言，VP8比H.264要稍微差一点。有一篇写的很好的VP8的介绍文章：深入了解 VP8。除了在技术领域，VP8和H.264在专利等方面也是打的不可开交，可参考文章：WebM(VP8) vs H.264

此外，我国还推出了自己的国产标准AVS，性能也不错，但目前比H.264还是要稍微逊色一点。不过感觉我国在视频编解码领域还算比较先进的，可参考：视频编码国家标准AVS与H.264的比较（节选））

近期又推出了AVS新一代的版本AVS+，具体的性能测试还没看过。不过据说AVS+得到了国家政策上非常强力的支持。

3.2. 下一代编码标准

下一代的编解码标准就要数HEVC和VP9了。VP9是Google继VP8之后推出的新一代标准。VP9和HEVC相比，要稍微逊色一些。它们的对比可参考：（1）HEVC与VP9编码效率对比（2）HEVC，VP9，x264性能对比

HEVC在未来拥有很多大的优势，可参考：HEVC将会取代H.264的原因

学习HEVC最标准的源代码，就是其官方标准HM了。其速度比H.264的官方标准代码又慢了一大截，使用可参考：HEVC学习—— HM的使用

未来实际使用的HEVC开源编码器很有可能是x265，目前该项目还处于发展阶段，可参考：x265(HEVC编码器，基于x264)介绍。x265的使用可以参考：HEVC（H.265）标准的编码器（x265，DivX265）试用

主流以及下一代编码标准之间的比较可以参考文章：视频编码方案之间的比较（HEVC，H.264，MPEG2等）

此外，在码率一定的情况下，几种编码标准的比较可参考：限制码率的视频编码标准比较（包括MPEG-2，H.263， MPEG-4，以及 H.264）

结果大致是这样的：

HEVC > VP9 > H.264> VP8 > MPEG4 > H.263 > MPEG2。

截了一些图，可以比较直观的了解各种编码标准：

HEVC码流简析：HEVC码流简单分析

H.264码流简析：H.264简单码流分析

MPEG2码流简析：MPEG2简单码流分析

以上简析使用的工具：视频码流分析工具

雷神做的小工具： H.264码流分析器

4.H264格式简介

数据由大小不固定的NALU构成

最常见的情况下，1个NALU存储了1帧画面的压缩编码后的数据。

参考：视音频数据处理入门：H.264视频码流解析

二、音频编码数据

1.概述

音频编码的主要作用是将音频采样数据（PCM等）压缩成为音频码流，从而降低音频的数据量。音频编码也是互联网视音频技术中一个重要的技术。但是一般情况下音频的数据量要远小于视频的数据量，因而即使使用稍微落后的音频编码标准，而导致音频数据量有所增加，也不会对视音频的总数据量产生太大的影响。高效率的音频编码在同等的码率下，可以获得更高的音质。

音频编码的简单原理可以参考：视频压缩编码和音频压缩编码的基本原理

主要音频编码一览

名称	推出机构	推出时间	目前使用领域
AAC	MPEG	1997	各个领域（新）
AC-3	Dolby Inc.	1992	电影
MP3	MPEG	1993	各个领域（旧）
WMA	Microsoft Inc.	1999	微软平台