基本介紹
- 中文名：高清視頻壓縮
- 勝出品牌：索尼
- 4種：MPEG-2、 MPEG-4 、H.264、 VC-1
- 格式：BD格式
格式介紹,MPEG-2,MPEG-4,264,VC-1,實現高清,壓縮作用,產品發展,技術前景,相關軟體,
格式介紹
MPEG-2
這一個比較古老的編碼形式，由動態圖像專業組織（Moving Pictureures Experts Group即MPEG）於1994年推出的壓縮標準。
由於壓縮比例較低，已經較為少見。一般一部120分鐘長1080p的電影在此種格式下的大小約為30G上下。
MPEG-4
MPEG-4多用於HDTVrip上，直接在HDTV上採用MPEG-4視頻壓縮的很少見。HDTVrip的MPEG-4編碼可以理解為：通過把原有的HDTV檔案按照比例縮小到一定的尺寸，以達到在減少檔案大小、方便傳輸的同時畫面效果不低於DVD效果的目的。可以說這種編碼格式是為了達到一種畫面效果和檔案尺寸的平衡。
由於各個商業集團的紛爭，MPEG-4的標準比較混亂，主要基於MPEG-4的常見標準有DivX和XviD。
XviD則是一個開放源碼的MPEG-4 多媒體解碼器，它是基於OpenDivX而編寫的。XviD是由一群原OpenDivX義務開發者在OpenDivX於2001年7月停止開發後自行開發的，套用較廣泛。一部720p的90分鐘長的電影大概在4.3G左右，同時畫面有普通1080p的80%~90%。
1.形狀編碼
形狀信息的獲得首先要對圖形進行分析和分割，把各個代表不同內容的目標分割後再用形狀表示。形狀信息通常用二值
Alpha平面來表示。二值Alpha平面可用臨近信息進行算術編碼（CAE）；灰度Alpha平面可用運動補償加DCT變換方式類似紋理編碼一樣進行編碼。
其中用於圖像壓縮的變換有離散Forier變換（DFT）、離散小波變換（DWT）、奇異值分解（SVD）、K－L變換、Walsh變換、Hadamard變換、Harr變換、Slant變換、離散餘弦變換（DCT）。其中K－L變換的去相關性最好，而DCT是接近K－L變換效果的最便於實現的變換。和MPEG－1/2一樣，MPEG－4也選擇了DCT。通常，用於數據壓縮的熵編碼方法有霍夫曼（Huffman）編碼、矢量量化、算術編碼、遊程編碼、LZW編碼等。對於紋理編碼，MPEG－4選擇了把遊程編碼、矢量量化和Huffman編碼進行混合編程編碼（VLC）。紋理編碼要經過DCT變換、量化、DC/AC預測、掃描、基於Hufman的VLC編碼。
2.運動估計和補償
MPEG－4中提供了基於塊的運動估計和補償技術來有效地利用各個VOP中視頻內容上的時間冗餘。一般，運動估計和補償可以看作針對任意形狀圖像序列的塊匹配技術的延伸。塊匹配過程對於標準宏塊使用；預測誤差和用於預測的宏塊運動向量一起被編碼；高級運動補償模式支持重疊塊運動補償，可對8×8塊運動向量進行編碼。為了使運動估計得到高編碼效率，預測圖像和被預測圖像越相似越好，所以在運動估計之前要先進行補償。在目標邊界上的MB先用水平填補而後用垂直填補，其餘完全在VOP之外的MB用擴張填補。
3.紋理編碼
紋理指的是I－VOP圖像和P/B－VOP經運動補償後殘留的圖像信息。紋理一般在變換域進行壓縮編碼和熵編碼。準正式編輯已經出版：靜態圖像壓縮編碼標準（JPEG）；數字聲像儲存壓縮編碼標準（MPEG－1）；通用視頻圖像壓縮編碼標準（MPEG－2）。
隨後，MPEG專家組於1999年2月正式公布了MPEG－4（ISO/IEC14496）V1.0版本。同年底MPEG－4V2.0版本亦告完成，且於2000年年初正式成為國際標準。MPEG－4標準將眾多的多媒體套用集成於一個完整的框架內，旨在為多媒體通信及套用環境提供標準的算法及工具，從而建立起一種能被多媒體傳輸、存儲、檢索等套用普遍採用的統一數據格式，並根據不同的套用需求，現場配置解碼器，開放的編碼系統也可隨時加入新的有效的算法模組。為支持對視頻內容的訪問，MPEG－4提出了“視頻對象”的概念。
4.伸屈性
MPEG專家組又推出了專門支持多媒體信息且基於內容檢索的編碼方案MPEG－7及多媒體框架標準MPEG－21。另外，由ITU－T和MPEG聯合開發的新標準H.264是最新的視頻編碼算法。為了降低碼率，獲得儘可能更好圖像質量，H.264標準吸取了MPEG－4的長處，具有更高的壓縮比、更好的信道適應性，必將在數字視頻的通信和存儲領域得到廣泛的套用，其發展潛力不可限量。
視頻的伸屈性，包括空間伸屈性和時間伸屈性。空間伸屈性可以得到不同的空間解析度，時間伸屈性可得到不同的時間解析度。每種伸屈都有多層，在只有高低2層的情況下，底層指的是基本層，而高層指的是增強層。
5.差錯迴避
VLC碼中的一個比特錯誤會引起同步丟失，而運動補償則會引起錯誤傳遞。MPEG－4的差錯迴避有三個方面：重同步、數據恢復和錯誤隱藏。重同步，是指差錯被檢測後，解碼器和碼流之間重新同步的技術。一般來說，這種方法會將錯誤之前的同步點到重建的同步點之間的數據丟棄。不過這些丟棄的數據可以用其他的技術進行恢復和實施錯誤隱藏。數據恢復工具在解碼器和碼流重新建立起同步後用來恢復丟棄的數據。這些工具不是簡單的用容錯碼恢復，而是用一種差錯迴避手段，即用可逆VLC碼字進行VLC編碼。錯誤隱藏，在重同步有效地將錯誤定位後可以很容易處理。為了進一步提高錯誤隱匿的能力，有必要增加錯誤定位能力，特別是數據分割可以用來提高錯誤定位能力。
總之，為了滿足各種套用的需求，MPEG－4標準的使用範圍相當龐大，具有廣泛的適應性和可擴展性。
264
H.264也叫H.264/MPEG-4 AVC，是由國際電信聯盟（ITU-T）所制定的新一代的視頻壓縮格式。H.264最具價值的部分無疑是更高的數據壓縮比。在同等的圖像質量條件下，H.264的數據壓縮比能比當前DVD系統中使用的 MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。正因為如此，經過H.264壓縮的視頻數據，在網路傳輸過程中所需要的頻寬更少，也更加經濟。在 MPEG-2需要6Mbps的傳輸速率匹配時，H.264隻需要1Mbps-2Mbps的傳輸速率。類似於Divx的遭遇，H.264同樣也有基於他的開源版本X264。兩者都非常流行。一部120分鐘的1080p的電影大概23G大小，同時畫面優於mpeg2格式，但是對硬體要求較高。
VC-1
全名VC-1視訊編解碼器（Video Codec 1），是微軟所開發的視訊編解碼系統。VC-1是最後被認可的高清編碼格式，不過因為有微軟的後台，所以這種編碼格式不能小窺。相對於MPEG2，VC-1的壓縮比更高，但相對於H.264而言，編碼解碼的計算則要稍小一些。目前來看，VC-1可能是一個比較好的平衡，一般一部1080p長120分鐘的電影大概在26G左右。
實現高清
Adobe2008年初公布代號為Moviestar的β版Flash Player.Moviestar，將增加對H.264的支持，這將使基於Flash的流式內容支持高清視頻。
Adobe負責動態媒體的首席策略師蘭達爾表示，Moviestar還能夠利用大多數PC顯示卡中的硬體加速功能，並針對核心晶片進行了最佳化。Moviestar支持HE-AAC 2━━一種更高效的音頻壓縮標準。MPEG 4使用了HE-AAC 2。蘭達爾說，對H.264的支持將導致出現更多的高清視頻內容。他表示，Adobe選擇支持H.264的原因就在於它更多地得到了節目創作廠商和發布廠商的支持。
這些新功能將出現在2007年秋季發布的升級版Flash Player 9中。得到了YouTube和其它網路視頻共享網站的支持。
Silverlight支持Windows Media Audio和Video，以及另一項基於Windows Media、名為VC-1的視頻壓縮標準。微軟還沒有宣布要支持H.264，但微軟的一名代表說，只要客戶有需求，微軟就會支持它。
壓縮作用
電腦上的高清視頻對多媒體指令的依賴是較大的, 解碼需要藉助於CPU的指令或者顯示卡的硬解碼性能. 至於視頻壓縮等過程, 需要經過先解碼再編碼的過程, 此時顯示卡的硬體加速只用於解碼, 就更是要依靠CPU運算了。 因此對於高清視頻處理的硬體選擇需要認真權衡CPU和顯示卡的適當搭配。
網友roo-zhou寫了一個用於反交錯和IVTC的視頻濾鏡，其中一個用於計算場間SSD(Sum of Squared Difference)的函式寫了MMX2,SSE2,SSSE3三個最佳化版本. 可在一定程度上測試出多媒體指令的執行速度. 測試結果數值是處理一對1920x1080幀所需的CPU周期, 數值越小越好。
下面是部分網友用自己的電腦做測試的結果：
Test Results
althon xp 1.83g
SSSE3 ---- N/A
SSE2 ----- N/A
MMX2 ----- 7450k cycles
plain c -- 33018k cycles
Athlon 64 X2 5000+
SSSE3 ---- N/A
SSE2 ----- 7392k cycles
MMX2 ----- 7200k cycles
plain c -- 25375k cycles
Turion 64 X2 1.8G
SSSE3 ---- N/A
SSE2 ----- 7110k cycles
MMX2 ----- 6854k cycles
plain c -- 24640k cycles
E2160 1.8G
SSSE3 ---- N/A
SSE2 ----- 7110k cycles
MMX2 ----- 6861k cycles
plain c -- 24640k cycles
Athlon 64 X2 4200+
SSSE3 ---- N/A
SSE2 ----- 6342k cycles
3DNOW2 --- 6602k cycles
MMX2 ----- 6558k cycles
plain c -- 24906k cycles
酷睿2E6300
SSSE3 ---- 4843k cycles
SSE2 ----- 5128k cycles
MMX2 ----- 7885k cycles
plain c -- 22709k cycles
酷睿2T7250(2.0GHz)
SSSE3 ---- 4480k cycles
SSE2 ----- 5006k cycles
MMX2 ----- 5871k cycles
plain c -- 23048k cycles
酷睿i7920
SSSE3 ---- 2901k cycles
SSE2 ----- 2900k cycles
3DNOW2 --- N/A
MMX2 ----- 4777k cycles
plain c -- 20895k cycles
那么這種簡單數據測試的結果, 到底反映到實際的視頻處理的時候性能有多大不同呢. 這裡有另一個視頻壓縮轉換的測試。
源視頻:1080p(1920x1080) M2TS
壓縮測試編碼: x.264
x.264細節設定:
AVC profile: high
level: unrestricted (最高級)
M.E.算法multi hex
M.E. range: 16
subpixel refinement: 8
CABAC: on
連續B幀數: 3
adaptive B-frames: 2
從數據來看:
L7500配合集成顯示卡的機器, 在2nd-pass壓制時的幀率只有2.26FPS, 26分52秒的片子需要近6個小時才能完成。
Core i7加GTX260顯示卡的機器, 幀率達到了11.88FPS(5.26倍), 壓制時間縮短到67分鐘左右 (27'56"+39'51"=67'41")
考慮到顯示卡主要在解碼階段起提速作用, 壓縮編碼過程中CPU的性能提高是很明顯的。
測試設定和結果可以看圖：
core 2 duo L7500 視頻壓縮情況
core i7 920 視頻壓縮情況產品發展
藍光協會宣布微軟公司贏得了DVD技術聯盟對它的高清晰碟片視頻壓縮標準的支持。這標誌著該軟體製造巨頭在一個新興的消費電子領域取得了更大的進步。下一代DVD能夠存儲高清晰電影並且存儲容量是原有碟片容量的許多倍，藍光和HD DVD這兩個陣營相互競爭都想成為其技術標準。微軟並沒有被保證它的技術會被電影公司和其它生產先進DVD的廠商所採用，因為內容製造商可以選擇任何獲得批准的標準，但獲得聯盟的批准使它在這個方向上前進了一大步。藍光和HD DVD兩個陣營支持的碟片壓縮標準有三個：由微軟領導的VC-1、MPEG-4 AVS和MPEG-2.MPEG-2用於數字廣播和當前的DVD，而MPEG-4則是比MPEG-2更高一級的標準。VC-1是微軟為了增加與自己的產品的兼容性而設計的另一種碟片壓縮標準。藍光陣營包括消費電子巨頭索尼、三星電子和松下電子產業株式會社，而東芝、NEC和三洋電子則支持HD DVD標準。
技術前景
儘管可以用計算機標配的內置IDE或SATA磁碟處理JPEG,HDV和DVCPROHD，但是無壓縮視頻的碼流更高，採集磁碟也要經過特殊選擇。無壓縮視頻的質量很高，但是碼流比普通計算機上可見的碼流要高，因此一塊單盤無法為無壓縮視頻的可靠採集和回放提供足夠的速度。 解決方法就是採用多塊硬碟。多硬碟協同工作可以獲得快得多的速度。通過“條帶化”可以把多塊磁碟製成一個磁碟陣列。 經過條帶化的磁碟一同存儲數據，因此每塊磁碟的總碼流就低得多。 因此每塊磁碟承受的壓力就會少一些，您也可以存儲更多的數據。可以用各種磁碟，而它們在速度上是存在差別的。 您可以將一些硬碟放入一個簡單的磁碟盒中，如果空間足夠的話，您甚至可以把磁碟裝入計算機內部。 將磁碟連線在一起的磁碟陣列樣式通常叫做JBOD或者“Just a Bunch Of Disks（只是一些磁碟）”陣列。 可以用Mac OS X中的Disk Utility（磁碟工具）或Windows XP Pro中的Computer Management（計算機管理）控制臺等軟體製作條帶化RAID。這些磁碟將以一塊磁碟的形式在系統中出現。 然後就可以在視頻採集軟體中把這塊磁碟設定為素材存儲盤。
相關軟體
meGUI 高清視頻壓縮工具
