视频编码与封装

随着多媒体技术和网络通信技术的快速发展，视频多媒体应用已经覆盖了大众生活的方方面面。尤其是近年来高清和超高清视频应用越来越广泛，相比于标清视频，高清视频分辨率更高、画面更清晰，其数据量也更大。如果未经压缩，这些视频将很难应用于实际的存储和传输。这里我们就要提到视频应用中的一项关键技术——视频压缩编码技术！

视频压缩编码技术可以有效地去除视频数据中冗余信息，实现视频数据在互联网中快速传输和离线存储。

视频技术起源于第二次工业革命，随着视频技术的发展，一系列的视频编码标准被研发被使用。

压缩标准的变迁

目前已有的视频压缩标准有很多种，包括国际标准化组织（International Organization for Standardization, ISO）/国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission, IEC）制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4标准，国际电信联盟电信标准化部门（International Telecommunication Union-Telecom, ITU-T）制定的H.261、H.263。

2003年3月，ITU-T和ISO/IEC 正式公布了H.264/MPEG-4 AVC视频压缩标准。H.264作为目前应用最为广泛的视频编码标准，在提高编码效率和灵活性方面取得了巨大成功，使得数字视频有效地应用在各种各样的网络类型和工程领域。为了在关键技术上不受国外牵制，同时也不用交大量的专利费用，中国也制定了AVS系列标准，可以提供与H.264/AVC相当的编码效率。

随着用户体验的升级，更高码率的视频也在被提供，比如超高清（3840 x 2160）。相对于标清视频，其分辨率更高，数据量也更多。在存储空间和网络带宽有限的情况下，现有的视频压缩技术已经不能满足现实的应用需求。为了解决高清及超高清视频急剧增长的数据率给网络传输和数据存储带来的冲击，ITU-T和ISO/IEC联合制定了具有更高的压缩效率的新一代视频压缩标准HEVC（High Efficiency Video Coding）。

HEVC简单介绍

HEVC：新一代视频压缩标准，以传统的混合视频编码为框架，并采用了更多的技术创新，包括灵活的块划分方式、更精细的帧内预测、新加入的Merge模式、Tile划分、自适应样点补偿等。

这些技术一方面使得HEVC编码性能比H.264/AVC提高了一倍，另一方面也将编码复杂度大大增加，不利于HEVC的应用和推广。

在这里着重说一下块划分方式——对编码性能提升最大。块划分包括编码单元（CU）、预测单元（PU）和变换单元（TU）。但是，递归的对每个编码单元进行率失真优化过程（RDO）来选择最优的模块划分的复杂度很高，其需要巨大的计算复杂度。因此降低HEVC编码复杂度的是视频行业人员所希望看到的。

图1 视频编码框图

新一代编码器对比

常见的封装格式有以下几种：

· AVI(Audio Video Interleave):只能封装一条视频轨和音频轨，不能封装文字，没有任何控制功能，因而也就无法实现流媒体，其文件扩展名是.avi。

· WMV(Windows Media Video):具有数字版权保护功能，其文件扩展名是.wmv/.asf。

· MPEG(Moving Picture Experts Group):可以支持多个视频、音轨、字幕等，控制功能丰富，其文件扩展名是.mp4。

· Matroxska:提供非常好的交互功能，比MPEG更强大，其文件扩展名是.mkv。

· QuickTime File Farmat:由Apple开发，可存储内容丰富，支持视频、音频、图片、文字等，其文件扩展名是.mov。

· FLV(Flash Video):由Adobe Flash延伸而来的一种视频技术，主要用于网站。

· TS流（Transport Stream）：传输流，将具有共同时间基准或独立时间基准的一个或多个PES组合（复合）而成的单一数据流（用于数据传输）。目前TS流广泛应用于广播电视中，如机顶盒等。

总结

本文简单介绍了视频的编码与封装，其是视频通信中重要的一步，如果这一步出了问题，很容易导致视频无法被读取或无法播放的状态。下一节，我们将来说一下视频通信中的音视频处理技术。