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音视频开发(一):视频编解码之理论概述

音视频开发进阶 2022-6-15 19:45:34 288

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前言

即时通讯应用中的实时音视频技术,几乎是IM开发中的最后一道高墙。原因在于:实时音视频技术 = 音视频处理技术 + 网络传输技术 的横向技术应用集合体,而公共互联网不是为了实时通信设计的。

本文主要讲解实时音视频技术中视频技术的编解码基础理论。

视频为何需要压缩?

  1. 未经压缩的数字视频的数据量巨大
  2. 存储困难:一张DVD只能存储几秒钟的未压缩数字视频。
  3. 传输困难 1兆的带宽传输一秒的数字电视视频需要大约4分钟。

image.png

主要压缩了什么东西?

原始视频压缩的目的是去除冗余信息,可以去除的冗余包括:

  • 空间冗余:图像相邻像素之间有较强的相关性
  • 时间冗余:视频序列的相邻图像之间内容相似
  • 编码冗余:不同像素值出现的概率不同
  • 视觉冗余:人的视觉系统对某些细节不敏感
  • 知识冗余:规律性的结构可由先验知识和背景知识得到

数据压缩是怎么分类的?

  • 无损压缩(Lossless): 压缩前、解压缩后图像完全一致X=X',压缩比低(2:1~3:1)。典型格式例如:Winzip,JPEG-LS。
  • 有损压缩(Lossy): 压缩前解压缩后图像不一致X≠X',压缩比高(10:1~20:1),利用人的视觉系统的特性。典型格式例如:MPEG-2,H.264/AVC,AVS。
  • image.png

什么是“编解码器”?

  • 编码器(Encoder):压缩信号的设备或程序;
  • 解码器(Decoder):解压缩信号的设备或程序;
  • 编解码器(Codec):编解码器对。

编解码的技术流程和原理

编码器中的关键技术

image.png

编解码中的关键技术

image.png

编解码器的实现

编解码器的实现平台:

  • 超大规模集成电路VLSI
  • ASIC, FPGA
  • 数字信号处理器DSP
  • 软件

编解码器产品:

  • 机顶盒
  • 数字电视
  • 摄像机
  • 监控器

视频编码的标准

编码标准作用:

  • 兼容:不同厂家生产的编码器压缩的码流能够被不同厂家的解码器解码
  • 高效:标准编解码器可以进行批量生产,节约成本。

主流的视频编码标准:

  • MPEG-2
  • MPEG-4 Simple Profile
  • H.264/AVC
  • AVS
  • VC-1

标准化组织:

  • ITU:International Telecommunications Union
  • VCEG:Video Coding Experts Group
  • ISO:International Standards Organization
  • MPEG:Motion Picture Experts Group

视频传输

  • 视频传输:通过传输系统将压缩的视频码流从编码端传输到解码端
  • 传输系统:互联网,地面无线广播,卫星

视频传输面临的问题

传输系统不可靠:

  • 带宽限制
  • 信号衰减
  • 噪声干扰
  • 传输延迟

视频传输出现的问题:

  • 不能解码出正确的视频
  • 视频播放延迟

视频传输差错控制

差错控制(Error Control)解决视频传输过程中由于数据丢失或延迟导致的问题。

差错控制技术有:

  • 信道编码差错控制技术
  • 编码器差错恢复
  • 解码器差错隐藏

视频传输中QoS质量保证参数

  • 数据包的端到端的延迟
  • 带宽:比特/秒
  • 数据包的流失率
  • 数据包的延迟时间的波动

  • 原文地址:http://www.52im.net/forum.php?mod=viewthread&tid=228&extra=page%3D7%26filter%3Dauthor%26orderby%3Ddateline

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