視頻編碼原理

1、視頻編碼原理編碼率/比特率直接與文件體積有關(guān)。且編碼率與編碼格式配合是否合適，直接關(guān)系到視頻文件是否清晰。在視頻編碼領(lǐng)域，比特率常翻譯為編碼率，單位是Kbps，例如800Kbps。其中，1K=10241M=1024K，b為比特（bit）這個(gè)就是電腦文件大小的計(jì)量單位，1KB=8Kb，區(qū)分大小寫，B代表字節(jié)(Byte)s為秒（second）p為每（per）以800kbps來編碼表示經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)每秒鐘需要用800K比特來表示。1MB=8Mb=1024KB=8192KbWindows系統(tǒng)文件大小經(jīng)常用B(字節(jié))為單位表示，但網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商則用b(比特)，也就是為什么2Mb速度寬帶在電腦上顯示速度最快

2、只有約256KB的原因，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商宣傳網(wǎng)速的時(shí)候省略了計(jì)量單位。完整的視頻文件是由音頻流與視頻流2個(gè)部分組成的，音頻和視頻分別使用的是不同的編碼率，因此一個(gè)視頻文件的最終技術(shù)大小的編碼率是音頻編碼率+視頻編碼率。例如一個(gè)音頻編碼率為128Kbps，視頻編碼率為800Kbps的文件，其總編碼率為928Kbps，意思是經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)每秒鐘需要用928K比特來表示。了解了編碼率的含義以后，根據(jù)視頻播放時(shí)間長度，就不難了解和計(jì)算出最終文件的大小。編碼率也高，視頻播放時(shí)間越長，文件體積就越大。不是分辨率越大文件就越大，只是一般情況下，為了保證清晰度，較高的分辨率需要較高的編碼率配合，所以使人產(chǎn)生分辨率

3、越大的視頻文件體積越大的感覺。計(jì)算輸出文件大小公式：（音頻編碼率（Kbit為單位）/8+視頻編碼率（Kbit為單位）/8）×影片總長度（秒為單位）=文件大?。∕B為單位）這樣以后大家就能精確的控制輸出文件大小了。例：有一個(gè)1.5小時(shí)（5400秒）的影片，希望轉(zhuǎn)換后文件大小剛好為700M計(jì)算方法如下：700×8/5400×10241061Kbps意思是只要音頻編碼率加上視頻編碼率之和為1061Kb，則1個(gè)半小時(shí)的影片轉(zhuǎn)換后文件體積大小剛好為700M。當(dāng)然不經(jīng)過壓縮文件的計(jì)算公式又不同：聲音為，數(shù)據(jù)量（位/秒）=(采樣頻率（Hz）×采樣位數(shù)（bit）

4、5;聲道數(shù))其中，單聲道的聲道數(shù)為1，立體聲的聲道數(shù)為2。數(shù)據(jù)量×時(shí)間/8文件總字節(jié)例如CD即為未經(jīng)壓縮的音頻文件，采樣44.1k,16位,雙聲道。數(shù)據(jù)量44.1×16×2=1411kb/1024=1.38Mb,一般的MP3壓縮后為128kbps如果以一張CD放一個(gè)小時(shí)計(jì)算的話，CD總量1.38×3600/8=621MB,當(dāng)然CD大約放1小時(shí)多點(diǎn),頂多也就700MB。圖象應(yīng)該是，數(shù)據(jù)量（位/秒）=(畫面尺寸×彩色位數(shù)（bit）×幀數(shù))數(shù)據(jù)量×時(shí)間/8文件總字節(jié)例如2分鐘,25幀/秒,640×480分辨率,24位真彩

5、色數(shù)字視頻的不壓縮的數(shù)據(jù)量約為，數(shù)據(jù)量640×480×24×25=184320Kb=180Mb,而VCD、MKV標(biāo)準(zhǔn)編碼率(加上音頻)分別為1152Kbps和30Mbps(1080p高清)2分鐘文件字節(jié)180Mb×120/8=2700000KB=2636.71875MB2.57GB，而壓縮后一部90分鐘高質(zhì)量DVD電影可以達(dá)到9GB。常見視頻編碼格式：一種編碼格式和一種文件格式是不一樣的，這里的文件格式指的是一個(gè)文件的后綴。一般人都認(rèn)為以.avi為擴(kuò)展名的文件肯定不是MPEG文件，那是錯(cuò)誤的。至少是不對的。視頻編碼格式的例子有：MPEG1，MPEG2，D

6、ivX。文件格式的例子有：MPG，AVI，ASF，divx，div。本文要敘述的主要是媒體編碼格式，在解釋了每一種媒體編碼格式之后，還會注明按照這種編碼格式產(chǎn)生的可能的文件格式類型種類，但是這種文件格式并不是絕對的。另外我需要指出的是，本文的重點(diǎn)是媒體編碼格式中的視頻編碼部分，對于音頻編碼，這里不加敘述。1MPEG：MPEG是Motion Picture Experts Group 的縮寫，它是視頻編碼格式中的一個(gè)大家族，也是我們平時(shí)所見到的最普遍的一種視頻格式。從它衍生出來的格式非常多，包括以mpg、mpe、mpa、m15、m1v、mp2等等為后綴名的視頻文件都是出自這一家族。MPEG格式包

7、括MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統(tǒng)（視頻、音頻同步）三個(gè)部分，MP3（MPEG-3）音頻文件就是MPEG音頻的一個(gè)典型應(yīng)用，視頻方面則包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG4。MPEG-1壓縮算法被廣泛應(yīng)用在 VCD 的制作和一些視頻片段下載方面，其中最多的就是VCD幾乎所有VCD都是使用Mpeg-1格式壓縮的（*.dat格式的文件）。MPEG-1的壓縮算法可以把一部 120 分鐘長的電影（原始視頻文件）壓縮到1.2 GB左右大小。利用這種壓縮算法制成的文件格式一般為mpg和dat文件。MPEG-2壓縮算法則應(yīng)用在DVD的制作上（*.vob格式的文件），同時(shí)也在一些HDTV（高清晰電

8、視廣播）和一些高要求視頻編輯、處理有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用。使用MPEG-2的壓縮算法制作一部 120 分鐘長的電影（原始視頻文件）在4GB到8GB大小左右，當(dāng)然其圖像質(zhì)量方面的指標(biāo)是MPEG-1所無法比擬的。利用這種壓縮算法制成的文件格式一般為vob文件。MPEG-4是一種新的壓縮算法，使用這種壓縮算法可以將一部120分鐘長的電影（原始視頻文件）壓縮至300MB左右。現(xiàn)在，MPEG的這種壓縮算法被許多編碼格式沿用，例如ASF、DivX、Xvid、mp4（Apple公司的mpeg-4編碼格式）等等都采用了MPEG-4的壓縮算法。在后面我會具體介紹那幾個(gè)編碼格式。2AVI編碼格式AVI是 Audio Vid

9、eo Interleave 的縮寫，這種格式在微軟WIN3.1 時(shí)代就已經(jīng)出現(xiàn)了。它最直接的優(yōu)點(diǎn)就是兼容好、調(diào)用方便而且圖像質(zhì)量好，因此也常常與DVD相并稱。但它的缺點(diǎn)也是十分明顯的：體積大。2小時(shí)影像的AVI文件的體積與MPEG-2相差無計(jì)，不過這只是針對標(biāo)準(zhǔn)分辨率而言的：根據(jù)不同的應(yīng)用要求，AVI的分辨率可以隨意調(diào)。窗口越大，文件的數(shù)據(jù)量也就越大。降低分辨率可以大幅減低它的體積，但圖像質(zhì)量就必然受損。與MPEG-2格式文件體積差不多的情況下，AVI格式的視頻質(zhì)量相對而言要差不少，但制作起來對電腦的配置要求不高，經(jīng)常有人先錄制好了AVI格式的視頻，再轉(zhuǎn)換為其他格式。這里簡單提一下nAVI。n

10、AVI是 newAVI 的縮寫，這是一個(gè)名為 ShadowRealm 的地下組織發(fā)展起來的一種新視頻格式。它是由 Microsoft ASF 壓縮算法的修改而來的（并不是想象中的 AVI），視頻格式追求的無非是壓縮率和圖像質(zhì)量，所以 nAVI 為了追求這個(gè)目標(biāo)，改善了原始的 ASF 格式的一些不足，讓 nAVI 可以擁有更高的幀率（frame rate）。當(dāng)然，這是犧牲 ASF 的視頻流特性作為代價(jià)的。概括來說， nAVI 就是一種去掉視頻流特性的改良型 ASF 格式。3REAL VIDEO格式Real公司一開始定位的就是在視頻流應(yīng)用方面的，也可以說是視頻流技術(shù)的始創(chuàng)者。它可以在用 56K M

11、ODEM 撥號上網(wǎng)的條件實(shí)現(xiàn)不間斷的視頻播放，當(dāng)然，其圖像質(zhì)量和 MPEG2、DIVX 等相比確實(shí)要差好多。RM主要用于在低速率的網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸視頻的壓縮格式，它同樣具有小體積而又比較清晰的特點(diǎn)。RM文件的大小完全取決于制作時(shí)選擇的壓縮率。在2002年Real公司又退出了它的Real Video9編碼方式，使用該技術(shù)同上一版相比，畫質(zhì)提高了30%。使用Real Video9編碼格式的文件名后綴一般為rmvb，RMVB中的VB是VBR即Variable Bit Rate的縮寫，中文是“可變比特率”。它比普通的RM文件有更高的壓縮比（同樣畫質(zhì)）和更好的畫質(zhì)（同樣壓縮比）。rmvb文件一般用realo

12、ne播放器播放，當(dāng)然也可以用安裝了相應(yīng)插件的realplay播放（不過播放的時(shí)候要將rmvb改成rm）。以前的real video文件名后綴多為RM、RA、RAM。4ASFASF是 Advanced Streaming format 的縮寫，它是Windows Media技術(shù)的核心，采用的是MPEG-4壓縮算法，由于它使用了 MPEG-4 的壓縮算法，所以壓縮率和圖像的質(zhì)量都很不錯(cuò)。因?yàn)?ASF 是以一個(gè)可以在網(wǎng)上即時(shí)觀賞的視頻“流”格式存在的，所以它的圖像質(zhì)量比 VCD 差一點(diǎn)點(diǎn)并不出奇，但比同是視頻流格式的 RAM 格式要好。利用這種編碼方式制成的文件名后綴一般為asf。5Quicktim

13、e格式QuickTime（MOV）是Apple公司專有的一種視頻格式。在開始一段時(shí)間里，他都是以qt或mov為擴(kuò)展名的，使用他們自己的編碼格式。但是自從MPEG4組織選擇了Quicktime作為MPEG4的推薦文件格式以后，它們的mov文件就以mpg或mp4為其擴(kuò)展名，并且采用了MPEG4壓縮算法。Quicktime6將mp4文件作為它的第一選擇，利用quicktime6可以制作出專業(yè)級質(zhì)量的、ISO兼容的MPEG4音頻和視頻文件，而且這些文件也可以被任何兼容MPEG4的播放器播放。6DivXDivX視頻編碼技術(shù)可以說是針對DVD而產(chǎn)生的，同時(shí)它也是為了打破 ASF 的種種約束而發(fā)展起來的。正

14、如上面所提到的那樣，它采用的是MPEG-4算法，這樣以來，壓縮一部DVD只需要2張VCD，而且播放這種編碼，對機(jī)器的要求也不高。目前DivX有兩個(gè)版本，第一個(gè)DivX版本以DivX3.11為例，而第二個(gè)版本就是后來的DivX5，但是實(shí)際上第二個(gè)編碼格式的作者跟divx3.11的作者根本不是同一個(gè)人，這兩種編碼格式的設(shè)計(jì)思路也不同。所以，如果要解壓縮按照DivX3.11編碼的媒體文件時(shí)，最好采用DivX3.11的解碼器，而不要用DivX5的解碼器來解碼。目前大部分的DivX視頻采用的是.avi的文件后綴，當(dāng)然也有以DivX和Div為后綴名的。7XvidXvid編碼格式是由一些精通視頻編碼的程序員（包括原DivX 3.11的開發(fā)者）設(shè)計(jì)開發(fā)出來的，它也是使用的MPEG4壓縮算法。XviD這種全新的