視頻壓縮編碼數(shù)據(jù)壓縮編碼已經(jīng)有很長的歷史 壓縮編碼的理論基礎(chǔ)是信息論 從信息的角度來看， 壓縮就是去除數(shù)據(jù)中的冗余 即保留不確定的信息， 去除確定的信息(即可推知的信息) ，用一種更接近信息本質(zhì)的描述來代替原有冗余的描述視頻壓縮的目標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率 視頻壓縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量之比由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像， 因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處， 但是運(yùn)動(dòng)的視頻還有其自身的特性， 因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮的目標(biāo)在視頻壓縮中常需用到以下的一些基本概念：一、有損和無損壓縮：在視頻壓縮中有損( Lossy )和無損( Lossless )的概念與靜態(tài)圖像中基本類似無損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致多數(shù)的無損壓縮都采用RLE行程編碼算法有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致 在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息， 而且丟失的信息不可恢復(fù) 幾乎所有高壓縮的算法都采用有損壓縮， 這樣才能達(dá)到低數(shù)據(jù)率的目標(biāo) 丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān)， 壓縮比越大， 丟失的數(shù)據(jù)越多， 解壓縮后的效果一般越差。

此外， 某些有損壓縮算法采用多次重復(fù)壓縮的方式，這樣還會(huì)引起額外的數(shù)據(jù)丟失二、幀內(nèi)和幀間壓縮：幀內(nèi)( Intraframe )壓縮也稱為空間壓縮( Spatialcompression ) 當(dāng)壓縮一幀圖像時(shí)， 僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息， 這實(shí)際上與靜態(tài)圖像壓縮類似 幀內(nèi)一般采用有損壓縮算法， 由于幀內(nèi)壓縮時(shí)各個(gè)幀之間沒有相互關(guān)系， 所以壓縮后的視頻數(shù)據(jù)仍可以以幀為單位進(jìn)行編輯幀內(nèi)壓縮一般達(dá)不到很高的壓縮采用幀間 ( Interframe ) 壓縮是基于許多視頻或動(dòng)畫的連續(xù)前后兩幀具有很大的相關(guān)性， 或者說前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn) 也即連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息， 根據(jù)這一特性， 壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進(jìn)一步提高壓縮量，減小壓縮比幀間壓縮也稱為時(shí)間壓縮( Temporal compression ) ，它通過比較時(shí)間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮幀間壓縮一般是無損的幀差值( Framedifferencing )算法是一種典型的時(shí)間壓縮法，它通過比較本幀與相鄰幀之間的差異，僅記錄本幀與其相鄰幀的差值，這樣可以大大減少數(shù)據(jù)量三、對(duì)稱和不對(duì)稱編碼：對(duì)稱性( symmetric )是壓縮編碼的一個(gè)關(guān)鍵特征。

對(duì)稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計(jì)算處理能力和時(shí)間， 對(duì)稱算法適合于實(shí)時(shí)壓縮和傳送視頻， 如視頻會(huì)議應(yīng)用就以采用對(duì)稱的壓縮編碼算法為好 而在電子出版和其它多媒體應(yīng)用中， 一般是把視頻預(yù)先壓縮處理好， 而后再播放， 因此可以采用不對(duì)稱 ( asymmetric ) 編碼 不對(duì)稱或非對(duì)稱意味著壓縮時(shí)需要花費(fèi)大量的處理能力和時(shí)間， 而解壓縮時(shí)則能較好地實(shí)時(shí)回放， 也即以不同的速度進(jìn)行壓縮和解壓縮一般地說，壓縮一段視頻的時(shí)間比回放(解壓縮)該視頻的時(shí)間要多得多例如，壓縮一段三分鐘的視頻片斷可能需要 10 多分鐘的時(shí)間，而該片斷實(shí)時(shí)回放時(shí)間只有三分鐘視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要由 ITU-T 和 ISO/IEC 開發(fā) 前者已經(jīng)發(fā)布了視頻會(huì)議標(biāo)準(zhǔn) H.261 、 H.262 、 H.263 ，并且準(zhǔn)備進(jìn)行遠(yuǎn)期編碼標(biāo)準(zhǔn) H.263L 的開發(fā)，以期望獲得更大的編碼效率ISO/IEC的標(biāo)準(zhǔn)系列是大家熟悉的MPEGC族包括：(1)MPEG-1(1988?1992),可以提供最高達(dá)1.5Mbps的數(shù)字視頻，只支持逐行 掃描MPEG-坦ISO開發(fā)的第一個(gè)視頻壓縮算法主要應(yīng)用是數(shù)字媒體上動(dòng)態(tài)圖 像與音頻的存儲(chǔ)與檢索， 如速率為 1.15Mbps、 采用 SIF 分辨率 (352*240 *29.97 或者352*288 *25)的VCD MPEG-1與H.261相似，不過編碼器一般需要更高 的性能，以便支持電影內(nèi)容的較高運(yùn)動(dòng)性而不是典型的可視電話功能。

與H.261相比，MPEG馀許采用B幀另外它還采用自適應(yīng)感知量化， 也 就是說，對(duì)每個(gè)頻段采用單獨(dú)的量化比例因子(或等步長) ，以便優(yōu)化人們的視 覺感受MPEG-1僅支持逐行視頻，因此新標(biāo)準(zhǔn) MPEG-2已經(jīng)開始做出努力，同 時(shí)支持分辨率及比特率更高的逐行與隔行視頻2)MPEG-2(1990 ?1994),支持的帶寬范圍從 2Mbps 到超過 20Mbp§ MPEG-2 后向兼容MPEG-1但增加了對(duì)隔行掃描的支持，并有更大的伸縮性和靈活性MPEG-雷門針對(duì)數(shù)字電視而開發(fā)，很快成為了迄今最成功的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn) MPEG-2既能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)逐行視頻的需求(其中視頻序列由一系列按一定時(shí)間問 隔采集的幀構(gòu)成) ，又能夠滿足電視領(lǐng)域常用的隔行視頻的需求隔行視頻交替 采集及顯示圖像中兩組交替的像素(每組稱為一個(gè)場) 這種方式尤其適合電視 顯示器的物理特性MPEG-2支持標(biāo)準(zhǔn)的電視分辨率，其中包括：針對(duì)美國和日 本采用的 NTSC 制式隔行 720*480 分辨率，每秒 60 場，以及歐洲和其他國家采用的 PAL 制式的 720*576 分辨率，每秒 50 場MPEG-2建立在MPEG-1基礎(chǔ)之上，并具備擴(kuò)展功能，能支持隔行視頻及更寬的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償范圍。

由于高分辨率視頻是非常重要的應(yīng)用， 因此 MPEG-2 支持的搜索范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MPEG-1與之前的標(biāo)準(zhǔn)相比，它顯著提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)的性能 要求，并充分利用更寬搜索范圍與更高分辨率優(yōu)勢(shì)的編碼器需要比 H.261 和 MPEG-1高得多的處理能力MPEG班的隔行編碼工具包含優(yōu)化運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰Γ?同時(shí)支持基于場和基于幀的預(yù)測(cè)，而且同時(shí)支持基于場和基于幀的 DCT/IDCTMPEG-2在30:1 左右的壓縮比時(shí)運(yùn)行良好 MPEG-2在4-8Mbps時(shí)達(dá)到的質(zhì)量適合消費(fèi)類視頻應(yīng)用，因此它很快在許多應(yīng)用中得到普及，如：數(shù)字衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視、DVD以及后來的高清電視等另外，MPEG-%曾加了分級(jí)視頻編碼工具，以支持多層視頻編碼，即：時(shí)域 分級(jí)、空域分級(jí)、SNR分級(jí)以及數(shù)據(jù)分割盡管MPEG-2中針對(duì)分級(jí)視頻應(yīng)用定 義了相關(guān)類別 (profile) ， 不過支持單層編碼的主類 (Main Profile) 是當(dāng)今大眾市場中得到廣泛應(yīng)用的唯一 MPEG-2類MPEG-2解碼最初對(duì)于通用處理器及 DSP具有很高的處理要求優(yōu)化的固定功能MPEG-2解碼器開發(fā)已問世，由于使 用量較高，成本已逐漸降低MPEG-2證明低成本芯片解決方案的供應(yīng)是視頻編 解碼標(biāo)準(zhǔn)成功和普及的關(guān)鍵。

3)MPEG-4(1994?1998),支持逐行掃描和隔行掃描，是基于視頻對(duì)象的編碼 標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)象識(shí)別提供了空間的可伸縮性MPEG-4由ISO提出，以延續(xù)MPEG-2的成功一些早期的目標(biāo)包括：提高 容錯(cuò)能力以支持無線網(wǎng)、 對(duì)低比特率應(yīng)用進(jìn)行更好的支持、 實(shí)現(xiàn)各種新工具以支 持圖形對(duì)象及視頻之間的融合 大部分圖形功能并未在產(chǎn)品中受到重視， 相關(guān)實(shí) 施主要集中在改善低比特率壓縮及提高容錯(cuò)性上MPEG-4簡化類(SP)以H.263為基礎(chǔ)，為改善壓縮增加了新的工具，包括： * 無限制的運(yùn)動(dòng)矢量：支持對(duì)象部分超出幀邊界時(shí)的預(yù)測(cè) 可變塊大小運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：可以在 16*16 或 8*8 粒度下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 上下文自適應(yīng)幀內(nèi) DCT DC/AC 預(yù)測(cè)：可以通過當(dāng)前塊的左右相鄰塊預(yù)測(cè)DC/AC DCT 系數(shù) 擴(kuò)展量化AC系數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍，支持高清視頻：從 H.263的卜127:127] 到[-2047, 2047]增加了容錯(cuò)功能，以支持丟包情況下的恢復(fù)，包括：* 片斷重同步(Slice Resynchronization):在圖像內(nèi)建立片斷(slice),以便 在出現(xiàn)錯(cuò)誤后更快速的進(jìn)行重新同步與 MPEG-2數(shù)據(jù)包大小不同，MPEG-4數(shù) 據(jù)包大小與用于描述MB的比特?cái)?shù)量脫離了聯(lián)系。

因此，不管每個(gè)MB的信息量 多少，都可以在位流中按相同間隔進(jìn)行重新同步 數(shù)據(jù)分割：這種模式允許利用唯一的運(yùn)動(dòng)邊界標(biāo)記將視頻數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)分割 成運(yùn)動(dòng)部分和DCT數(shù)據(jù)部分這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)更嚴(yán)格的檢查 如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，我們可以更清楚地了解錯(cuò)誤之處，從而避免在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤情況下拋 棄所有運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù) 可逆VLC: VLC編碼表允許后向及前向解碼在遇到錯(cuò)誤時(shí)，可以在下一個(gè) slice進(jìn)行同步，或者開始編碼并且返回到出現(xiàn)錯(cuò)誤之處 新預(yù)測(cè)(NEWPRED)主要用于在實(shí)時(shí)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)快速錯(cuò)誤恢復(fù)， 這些應(yīng)用中的解碼器在出現(xiàn)丟包情況下采用逆向通道向解碼器請(qǐng)求補(bǔ)充信息MPEG-4高級(jí)簡化類(ASP)以簡化類為基礎(chǔ)，增加了與 MPEG-2類似的B 幀及隔行工具(用于Level 4及以上級(jí)別)另外它還增加了四分之一像素運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償及用于全局運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)倪x項(xiàng) MPEG-4高級(jí)簡化類比簡化類的處理性能要求更高，而且復(fù)雜性與編碼效率都高于 MPEG-2 MPEG-4最初用于因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流， 例如，已經(jīng)被Apple的QuickTime播放器采用MPEG-4簡化類目前在移動(dòng)數(shù) 據(jù)流中得到廣泛應(yīng)用MPEG-4 AS%已經(jīng)流行的專有DivX編解碼器的基石。

4) MPEG-7(1998-2000)是一種多媒體內(nèi)容描述的標(biāo)準(zhǔn)，定義了描述、描 述語和描述方案，便于處理多媒體內(nèi)容MPEG-7T獨(dú)立于MPEG勺其他標(biāo)準(zhǔn)使用，MPEG-7勺描述符與所描述內(nèi)容的壓 縮編碼或存儲(chǔ)方式無關(guān)，任何經(jīng)壓縮或未經(jīng)壓縮的多媒體信息都可以使用 MPEG-標(biāo)準(zhǔn)來描述數(shù)字電視視頻壓縮技術(shù)原理摘要：視頻壓縮通過減少和去除冗余視頻數(shù)據(jù)的方式， 達(dá)到有效發(fā)送和存儲(chǔ)數(shù)字視頻文件的目的在壓縮過程中，需要應(yīng)用壓縮算法對(duì)源視頻進(jìn)行壓縮以創(chuàng)建壓 縮文件，以便進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)要想播放壓縮文件，則需要應(yīng)用相反的解壓縮算 法對(duì)視頻進(jìn)行還原，還原后的視頻內(nèi)容與原始的源視頻內(nèi)容幾乎完全相同 壓縮、發(fā)送、解壓縮和顯示文件所需的時(shí)間稱為延時(shí)在相同處理能力下，壓縮算法越 高級(jí)，延時(shí)就越長傳統(tǒng)的壓縮編碼是建立在香農(nóng)( Shannon)信息論基礎(chǔ)上的，它以經(jīng)典的集合論為基礎(chǔ)，用統(tǒng)計(jì)概率模型來描述信源，但它未考慮信息接受 者的主觀特性及事件本身的具體含義、重要程度和引起的后果因此，壓 縮編碼的發(fā)展歷程實(shí)際上是以香農(nóng)信息論為出發(fā)點(diǎn)，一個(gè)不斷完善的過程從不同角度考慮，數(shù)據(jù)壓縮編碼具有不同的分類方式按信源的統(tǒng)計(jì)特性可分為預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、矢量量化編碼、子帶-小波編碼、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼方法等。

數(shù)眼的視覺特性可能基于方向?yàn)V波的圖像編碼、基于圖像輪廓一紋理 的編碼方法等按圖像傳遞的景物特性可分為分形編碼、基于內(nèi)容的編碼方法等視頻壓縮技術(shù)是計(jì)算機(jī)處理視頻的前提視頻信號(hào)數(shù)字化后數(shù)據(jù)帶寬 很高，通常在20MB/秒以上，因此計(jì)算機(jī)很難對(duì)之進(jìn)行保存和處理采用壓 縮技術(shù)以后通常數(shù)據(jù)帶寬右以降到 1-10MB/秒，這樣就可以將視頻信號(hào)保存在計(jì)算機(jī)中并作相應(yīng)的處理常用的算法是由 ISO制訂的，即JPEG和MPEG算法JPEG是靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，適用于連續(xù)色調(diào)彩色或灰度圖像，它包 括兩部分：一是基于 DPCM值間線性預(yù)測(cè)）技術(shù)的無失真編碼，一是基于 DCT僭散余弓g變換）和哈夫曼編碼的有失真算法，前者壓縮比很小，主要應(yīng) 用的是后一種算法在非線性編輯中最常用的是 MJPEGT法，即MotionJPEG它是將視頻信號(hào) 50幀/秒（PAL制式）變?yōu)?5幀/秒，然后按照25幀/ 秒的速度使用JPEG算法對(duì)每一幀壓縮通常壓縮倍數(shù)在 3.5-5倍時(shí)可。