高清视频压缩的压缩作用

高清视频压缩的格式介绍~

这一个比较古老的编码形式，由动态图像专业组织（Moving Pictureures Experts Group即MPEG）于1994年推出的压缩标准。由于压缩比例较低，已经较为少见。一般一部120分钟长1080p的电影在此种格式下的大小约为30G上下。 MPEG-4多用于HDTVrip上，直接在HDTV上采用MPEG-4视频压缩的很少见。HDTVrip的MPEG-4编码可以理解为：通过把原有的HDTV文件按照比例缩小到一定的尺寸，以达到在减少文件大小、方便传输的同时画面效果不低于DVD效果的目的。可以说这种编码格式是为了达到一种画面效果和文件尺寸的平衡。由于各个商业集团的纷争，MPEG-4的标准比较混乱，主要基于MPEG-4的常见标准有DivX和XviD。DivX是一项由DivXNetworks公司发明的，类似于MP3的数字多媒体压缩技术。由于Divx后来转为了商业软件，其发展受到了很大限制，表现相对欠佳，逐渐在竞争中处于了劣势。XviD则是一个开放源码的MPEG-4 多媒体解码器，它是基于OpenDivX而编写的。XviD是由一群原OpenDivX义务开发者在OpenDivX于2001年7月停止开发后自行开发的，应用较广泛。一部720p的90分钟长的电影大概在4.3G左右，同时画面有普通1080p的80%~90%。MPEG－4具有很多优点。它的压缩率可以超过100倍，而仍保有极佳的音质和画质；它可利用最少的数据，获取最佳的图像质量，满足低码率应用的需求；它更适合于交互式AV服务及远程监控。具体如下：1.形状编码形状信息的获得首先要对图形进行分析和分割，把各个代表不同内容的目标分割后再用形状表示。形状信息通常用二值Alpha平面来表示。二值Alpha平面可用临近信息进行算术编码（CAE）；灰度Alpha平面可用运动补偿加DCT变换方式类似纹理编码一样进行编码。其中用于图像压缩的变换有离散Forier变换（DFT）、离散小波变换（DWT）、奇异值分解（SVD）、K－L变换、Walsh变换、Hadamard变换、Harr变换、Slant变换、离散余弦变换（DCT）。其中K－L变换的去相关性最好，而DCT是接近K－L变换效果的最便于实现的变换。和MPEG－1/2一样，MPEG－4也选择了DCT。通常，用于数据压缩的熵编码方法有霍夫曼（Huffman）编码、矢量量化、算术编码、游程编码、LZW编码等。对于纹理编码，MPEG－4选择了把游程编码、矢量量化和Huffman编码进行混合编程编码（VLC）。纹理编码要经过DCT变换、量化、DC/AC预测、扫描、基于Hufman的VLC编码。2.运动估计和补偿MPEG－4中提供了基于块的运动估计和补偿技术来有效地利用各个VOP中视频内容上的时间冗余。一般，运动估计和补偿可以看作针对任意形状图像序列的块匹配技术的延伸。块匹配过程对于标准宏块使用；预测误差和用于预测的宏块运动向量一起被编码；高级运动补偿模式支持重叠块运动补偿，可对8×8块运动向量进行编码。为了使运动估计得到高编码效率，预测图像和被预测图像越相似越好，所以在运动估计之前要先进行补偿。在目标边界上的MB先用水平填补而后用垂直填补，其余完全在VOP之外的MB用扩张填补。3.纹理编码纹理指的是I－VOP图像和P/B－VOP经运动补偿后残留的图像信息。纹理一般在变换域进行压缩编码和熵编码。准正式编辑已经出版：静态图像压缩编码标准（JPEG）；数字声像储存压缩编码标准（MPEG－1）；通用视频图像压缩编码标准（MPEG－2）。随后，MPEG专家组于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，且于2000年年初正式成为国际标准。MPEG－4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用普遍采用的统一数据格式，并根据不同的应用需求，现场配置解码器，开放的编码系统也可随时加入新的有效的算法模块。为支持对视频内容的访问，MPEG－4提出了“视频对象”的概念。4.伸屈性MPEG专家组又推出了专门支持多媒体信息且基于内容检索的编码方案MPEG－7及多媒体框架标准MPEG－21。另外，由ITU－T和MPEG联合开发的新标准H.264是最新的视频编码算法。为了降低码率，获得尽可能更好图像质量，H.264标准吸取了MPEG－4的长处，具有更高的压缩比、更好的信道适应性，必将在数字视频的通信和存储领域得到广泛的应用，其发展潜力不可限量。视频的伸屈性，包括空间伸屈性和时间伸屈性。空间伸屈性可以得到不同的空间分辨率，时间伸屈性可得到不同的时间分辨率。每种伸屈都有多层，在只有高低2层的情况下，底层指的是基本层，而高层指的是增强层。5.差错回避VLC码中的一个比特错误会引起同步丢失，而运动补偿则会引起错误传递。MPEG－4的差错回避有三个方面：重同步、数据恢复和错误隐藏。重同步，是指差错被检测后，解码器和码流之间重新同步的技术。一般来说，这种方法会将错误之前的同步点到重建的同步点之间的数据丢弃。不过这些丢弃的数据可以用其他的技术进行恢复和实施错误隐藏。数据恢复工具在解码器和码流重新建立起同步后用来恢复丢弃的数据。这些工具不是简单的用容错码恢复，而是用一种差错回避手段，即用可逆VLC码字进行VLC编码。错误隐藏，在重同步有效地将错误定位后可以很容易处理。为了进一步提高错误隐匿的能力，有必要增加错误定位能力，特别是数据分割可以用来提高错误定位能力。总之，为了满足各种应用的需求，MPEG－4标准的使用范围相当庞大，具有广泛的适应性和可扩展性。 全名VC-1视讯编解码器（Video Codec 1），是微软所开发的视讯编解码系统。VC-1是最后被认可的高清编码格式，不过因为有微软的后台，所以这种编码格式不能小窥。相对于MPEG2，VC-1的压缩比更高，但相对于H.264而言，编码解码的计算则要稍小一些。目前来看，VC-1可能是一个比较好的平衡，一般一部1080p长120分钟的电影大概在26G左右。

所谓的压缩，有两种：一是降低分辨率；二是转换格式。第一种肯定影响清晰度；第二种不影响它的清晰度。不管采用哪种“压缩”方式，都要经过重新编码的。

电脑上的高清视频对多媒体指令的依赖是较大的, 解码需要借助于CPU的指令或者显卡的硬解码性能. 至于视频压缩等过程, 需要经过先解码再编码的过程, 此时显卡的硬件加速只用于解码, 就更是要依靠CPU运算了。 因此对于高清视频处理的硬件选择需要认真权衡CPU和显卡的适当搭配。
网友roo-zhou写了一个用于反交错和IVTC的视频滤镜，其中一个用于计算场间SSD(Sum of Squared Difference)的函数写了MMX2,SSE2,SSSE3三个优化版本. 可在一定程度上测试出多媒体指令的执行速度. 测试结果数值是处理一对1920x1080帧所需的CPU周期, 数值越小越好。
下面是部分网友用自己的电脑做测试的结果：
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
虽然没有测试SSE4的数据, 但仍然可以看出，在多媒体指令上， Intel占据的优势。英特尔清晰视频技术这种优势对高清视频压缩处理有较大的性能改善。
那么这种简单数据测试的结果, 到底反映到实际的视频处理的时候性能有多大不同呢. 这里有另一个视频压缩转换的测试。
源视频:1080p(1920x1080) M2TS
压缩测试编码: x.264
x.264细节设置:
AVC profile: high
level: unrestricted (最高级)
M.E.算法multi hex
M.E. range: 16
subpixel refinement: 8
CABAC: on
连续B帧数: 3
adaptive B-frames: 2
测试使用了2台机器, 测试机1是一台笔记本, CPU是L7500,集成显卡, 测试机2是一台台式机, CPU是酷睿i7920, 显卡是GTX260。
从数据来看:
L7500配合集成显卡的机器, 在2nd-pass压制时的帧率只有2.26FPS, 26分52秒的片子需要近6个小时才能完成。
Core i7加GTX260显卡的机器, 帧率达到了11.88FPS(5.26倍), 压制时间缩短到67分钟左右 (27'56+39'51=67'41)
考虑到显卡主要在解码阶段起提速作用, 压缩编码过程中CPU的性能提高是很明显的。
测试设置和结果可以看图：

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台安县15751809805： 不是有视频压缩软件,就是想问一下视频压缩有什么用,有什么好处. - ？
祖昌复方： 视频文件都是很大的通过压缩可减少体积,有很多压缩格式.一般网上看到的视频大部分都是经过压缩的,如果没有特别需求没必要再压缩了.

台安县15751809805： 高清压缩视频的好处坏处？
祖昌复方： 好处——可以给视频“减肥”!便于传输——节省存储空间、加快传输速度. 坏处——,压缩过程中,数据损耗较多,致使视频清晰度降低.目前,尚无“完美压缩”软件.

台安县15751809805： 网上经常看到有网友说,压缩视频,他们都是干什么的,为什么要压缩视频 - ？
祖昌复方： 视频处理一部分,做各类盗版片子的一部分.压缩都是有损的,网上你拿到已经压好的视频,对于你看片是没有什么影响,要是要修改编辑这类,一压再压每次画质只有损得越来越严重,所以尽可能的都是希望从原始视频修改后重新压缩.类似图片处理,都希望从高清的原图处理,而不是从别人修过的压缩质量只有60供网上浏览的图里做. 视频压缩是硬吃处理器资源的,机器性能和压缩时间成正比,要快点压完就要新机器.回报么工作自然有报酬,做片子的凭兴趣爱好一部分,内插广 告一部分.

台安县15751809805： 想了解一下数据压缩算法的意义和应用领域 - ？
祖昌复方： 平常用的软件rar就是用的数据压缩的技术.再就是多媒体技术,电影文件的音频,视频文件也是采用的数据压缩,不过他的压缩技术跟文件的压缩算法不一样.mp4是当前比较流行的音视频压缩编码标准.压缩以后,可以大大减小信号传输的带...

台安县15751809805： 高清编码器的主要作用是什么? - ？
祖昌复方： 第一点:对高清音视频信息进行压缩编码 对高清音视频信息进行压缩编码是网络视频编码器最基本的功能,也是最主要的功能之一.因为在使用高清摄像机拍摄视频时是无压缩的,因此无压缩的原始高清视频信息记录的内容会比较导致音视频...

台安县15751809805： 用数据说明为什么视频通信需要进行数据压缩 - ？
祖昌复方： 一个画面,假设像素是800*600,也就是480000个点,一个点需要3字节(RGB),一秒钟至少要24个画面连续播放,即24帧,那么,一分钟的视频不压缩大小为60*24*480000*3约等于2GB数据.一分钟信道的传输速率基本上也达不到这个值,而且有大量冗余信息,所以必须要压缩咯

台安县15751809805： 视频压缩与画质的关系 - ？
祖昌复方： 原因有很多:1、片源问题.片源本身如果质量不好的话,想做出好的画质效果是不可能的.2、软件问题.不同的软件所采用的压缩算法是不一样的,你可以换几个软件试试.3、软件的压缩算法.同一软件使用不同的压缩算法效果也是不一样的.以上是我的一些经验,仅供参考.

台安县15751809805： 视频压缩是压缩MB还是压缩什么?找了好多视频压缩软件都没有压缩MB的软件、看到好多视频几个G的压缩成几十MB的视频质量一点都没变 - ？
祖昌复方： 无损压缩视频就是只减少视频体积,一般先进行有损的压缩,压缩到一定分辨率跟码率后做无损压缩,要传高清上网的话最好再做个后黑处理~

台安县15751809805： 视频文件用什么方式压缩? - ？
祖昌复方： 视频文件压缩的方法比较多,看楼主喜欢用那种工具了,视频压缩工具起到的作用就是辅助我们压缩视频文件,我们单向的操作是不能压缩视频文件的. 压缩工具能识别视频文件的内容,和计算可以压缩的部分,对视频没有影响再进行压缩,压缩工具的用途就在这里,常用的压缩工具有(迅捷视频压缩软件)在压缩方式至这个工具压缩视频是属于“数据计算压缩方式”,对视频文件的损伤小,可以做到分辨率的调整,工具中没有固定的分辨率压缩视频,这一点我们要清楚是要我们自己调整

台安县15751809805： 请教:BD压缩成1024mkv和不压缩的效果有多大区别? - ？
祖昌复方： 视频压缩以后,会丢失大量的数据信息.如果是在1920*1080的全高清显示器或电视机上播放,压缩后的视频会明显变模糊,画面上的很多细节会变得不清楚.不过,如果是在低分辨率、小尺寸的显示设备上播放,用不到那么大的画面,所以压缩不压缩的差别就很小了,压缩参数设置合适的话,几乎看不出来.