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常用視訊格式與視訊編解碼標準介紹

【常用視訊格式】

細細算起來,視訊檔案可以分成兩大類:其一是影像檔案,比如說常見的VCD便是一例。其二是流式視訊檔案,這是隨著國際網際網路的發展而誕生的後起視訊之秀,比如說線上實況轉播,就是構架在流式視訊技術之上的。流式視訊(Streaming Video)採用一種“邊傳邊播”的方法,即先從伺服器上下載一部分視訊檔案,形成視訊流緩衝區後實時播放,同時繼續下載,為接下來的播放做好準備。這種“邊傳邊播”的方法避免了使用者必須等待整個檔案從Internet上全部下載完畢才能觀看的缺點。

  1.AVI格式 
  它的英文全稱為Audio Video Interleaved,即音訊視訊交錯格式。它於1992年被Microsoft公司推出,隨Windows3.1一起被人們所認識和熟知。所謂“音訊視訊交錯”,就是可以將視訊和音訊交織在一起進行同步播放。這種視訊格式的優點是影象質量好,可以跨多個平臺使用,但是其缺點是體積過於龐大,而且更加糟糕的是壓縮標準不統一,因此經常會遇到高版本Windows媒體播放器播放不了採用早期編碼編輯的AVI格式視訊,而低版本Windows媒體播放器又播放不了採用最新編碼編輯的AVI格式視訊。其實解決的方法也非常簡單,我們將在後面的視訊轉換、視訊修復部分中給出解決的方案。 

  2.DV-AVI格式
  DV的英文全稱是Digital Video Format,是由索尼、松下、JVC等多家廠商聯合提出的一種家用數字視訊格式。目前非常流行的數碼攝像機就是使用這種格式記錄視訊資料的。它可以通過電腦的IEEE 1394埠傳輸視訊資料到電腦,也可以將電腦中編輯好的的視訊資料回錄到數碼攝像機中。這種視訊格式的副檔名一般也是.avi,所以我們習慣地叫它為DV-AVI格式。
  3.MPEG格式 
  它的英文全稱為Moving Picture Expert Group,即運動影象專家組格式,家裡常看的VCD、SVCD、DVD就是這種格式。MPEG檔案格式是運動影象壓縮演算法的國際標準,它採用了有失真壓縮方法從而減少運動影象中的冗餘資訊。MPEG的壓縮方法說的更加深入一點就是保留相鄰兩幅畫面絕大多數相同的部分,而把後續影象中和前面影象有冗餘的部分去除,從而達到壓縮的目的。目前MPEG格式有三個壓縮標準,分別是MPEG-1、MPEG-2、和MPEG-4,另外,MPEG-7與MPEG-21仍處在研發階段。

  MPEG-1:制定於1992年,它是針對1.5Mbps以下資料傳輸率的數字儲存媒體運動影象及其伴音編碼而設計的國際標準。也就是我們通常所見到的VCD製作格式。這種視訊格式的副檔名包括.mpg、.mlv、.mpe、.mpeg及VCD光碟中的.dat檔案等。 
  MPEG-2:制定於1994年,設計目標為高階工業標準的影象質量以及更高的傳輸率。這種格式主要應用在DVD/SVCD的製作(壓縮)方面,同時在一些HDTV(高清晰電視廣播)和一些高要求視訊編輯、處理上面也有相當的應用。這種視訊格式的副檔名包括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及DVD光碟上的.vob檔案等。 
  MPEG-4:制定於1998年,MPEG-4是為了播放流式媒體的高質量視訊而專門設計的,它可利用很窄的帶度,通過幀重建技術,壓縮和傳輸資料,以求使用最少的資料獲得最佳的影象質量。MPEG-4最有吸引力的地方在於它能夠儲存接近於DVD畫質的小體積視訊檔案。這種視訊格式的副檔名包括.asf、.mov和DivX 、AVI等。 

  4.DivX格式 
  這是由MPEG-4衍生出的另一種視訊編碼(壓縮)標準,也即我們通常所說的DVDrip格式,它採用了MPEG4的壓縮演算法同時又綜合了MPEG-4與MP3各方面的技術,說白了就是使用DivX壓縮技術對DVD碟片的視訊影象進行高質量壓縮,同時用MP3或AC3對音訊進行壓縮,然後再將視訊與音訊合成並加上相應的外掛字幕檔案而形成的視訊格式。其畫質直逼DVD並且體積只有DVD的數分之一。
  5.MOV格式 
  美國Apple公司開發的一種視訊格式,預設的播放器是蘋果的QuickTimePlayer。具有較高的壓縮比率和較完美的視訊清晰度等特點,但是其最大的特點還是跨平臺性,即不僅能支援MacOS,同樣也能支援Windows系列。 
  它的英文全稱為Advanced Streaming format,它是微軟為了和現在的Real Player競爭而推出的一種視訊格式,使用者可以直接使用Windows自帶的Windows Media Player對其進行播放。由於它使用了MPEG-4的壓縮演算法,所以壓縮率和影象的質量都很不錯。 ) L& _& f$ A# F4 _! R

  7.WMV格式
  它的英文全稱為Windows Media Video,也是微軟推出的一種採用獨立編碼方式並且可以直接在網上實時觀看視訊節目的檔案壓縮格式。WMV格式的主要優點包括:本地或網路回放、可擴充的媒體型別、可伸縮的媒體型別、多語言支援、環境獨立性、豐富的流間關係以及擴充套件性等。 
  8.RM格式 
  Networks公司所制定的音訊視訊壓縮規範稱之為Real Media,使用者可以使用RealPlayer或RealOne Player對符合RealMedia技術規範的網路音訊/視訊資源進行實況轉播,並且RealMedia還可以根據不同的網路傳輸速率制定出不同的壓縮比率,從而實現在低速率的網路上進行影像資料實時傳送和播放。這種格式的另一個特點是使用者使用RealPlayer或RealOne Player播放器可以在不下載音訊/視訊內容的條件下實現線上播放。 
  9.RMVB格式 
  這是一種由RM視訊格式升級延伸出的新視訊格式,它的先進之處在於RMVB視訊格式打破了原先RM格式那種平均壓縮取樣的方式,在保證平均壓縮比的基礎上合理利用位元率資源,就是說靜止和動作場面少的畫面場景採用較低的編碼速率,這樣可以留出更多的頻寬空間,而這些頻寬會在出現快速運動的畫面場景時被利用。這樣在保證了靜止畫面質量的前提下,大幅地提高了運動影象的畫面質量,從而影象質量和檔案大小之間就達到了微妙的平衡。

      10.ASF(Advanced Streaming Format)格式 
Microsoft公司推出的Advanced Streaming Format (ASF,高階流格式),也是一個在Internet上實時傳播多媒體的技術標準,Microsoft公司的野心很大,希圖用ASF取代QuickTime之類的技術標準。ASF的主要優點包括:本地或網路回放、可擴充的媒體型別、部件下載、以及擴充套件性等。ASF應用的主要部件是NetShow伺服器和NetShow播放器。有獨立的編碼器將媒體資訊編譯成ASF流,然後傳送到NetShow伺服器,再由NetShow伺服器將ASF流傳送給網路上的所有NetShow播放器,從而實現單路廣播或多路廣播。這和Real系統的實時轉播則是大同小異。


常用的視訊編解碼標準

很多視訊編解碼器可以很容易的在個人計算機和消費電子產品上實現,這使得在這些裝置上有可能同時實現多種視訊編解碼器,這避免了由於相容性的原因使得某種佔優勢的編解碼器影響其它編解碼器的發展和推廣。最後我們可以說,並沒有那種編解碼器可以替代其它所有的編解碼器。下面是一些常用的視訊編解碼器,按照它們成為國際標準的時間排序:

H.261 
H.261主要在老的視訊會議和視訊電話產品中使用。H.261是由ITU-T開發的,第一個使用的數字視訊壓縮標準。實質上說,之後的所有的標準視訊編解碼器都是基於它設計的。它使用了常見的YCbCr顏色空間,4:2:0的色度抽樣格式,8位的抽樣精度,16x16的巨集塊,分塊的運動補償,按8x8分塊進行的離散餘弦變換,量化,對量化係數的Zig-zag掃描,run-level符號影射以及霍夫曼編碼。H.261只支援逐行掃描的視訊輸入。 
MPEG-1第二部分 
MPEG-1第二部分主要使用在VCD上,有些線上視訊也使用這種格式。該編解碼器的質量大致上和原有的VHS錄影帶相當,但是值得注意的是VCD屬於數字視訊技術,它不會像VHS錄影帶一樣隨著播放的次數和時間而逐漸損失質量。如果輸入視訊源的質量足夠好,編碼的位元速率足夠高,VCD可以給出從各方面看都比VHS要高的質量。但是為了達到這樣的目標,通常VCD需要比VHS標準要高的位元速率。實際上,如果考慮到讓所有的VCD播放機都可以播放,高於1150kbps的視訊位元速率或者高於352x288的視訊解析度都不能使用。大體來說,這個限制通常僅僅對一些單體的VCD播放機(包括一些DVD播放機)有效。MPEG-1第三部分還包括了目前常見的*.mp3音訊編解碼器。如果考慮通用性的話,MPEG-1的視訊/音訊編解碼器可以說是通用性最高的編解碼器,幾乎世界上所有的計算機都可以播放MPEG-1格式的檔案。幾乎所有的DVD機也支援VCD的播放。從技術上來講,比起H.261標準,MPEG-1增加了對半畫素運動補償和雙向運動預測幀。和H.261一樣,MPEG-1只支援逐行掃描的視訊輸入。 
MPEG-2第二部分 
MPEG-2第二部分等同於H.262,使用在DVD、SVCD和大多數數字視訊廣播系統和有線分佈系統(cable distribution systems)中。當使用在標準DVD上時,它支援很高的影象質量和寬屏;當使用在SVCD時,它的質量不如DVD但是比VCD高出許多。但是不幸的是,SVCD最多能在一張CD光碟上容納40分鐘的內容,而VCD可以容納一個小時,也就是說SVCD具有比VCD更高的平均位元速率。MPEG-2也將被使用在新一代DVD標準HD-DVD 和 Blu-ray(藍光光碟)上。從技術上來講,比起MPEG-1,MPEG-2最大的改進在於增加了對隔行掃描視訊的支援。MPEG-2可以說是一個相當老的視訊編碼標準,但是它已經具有很大的普及度和市場接受度。 
H.263 
H.263主要用在視訊會議、視訊電話和網路視訊上。在對逐行掃描的視訊源進行壓縮的方面,H.263比它之前的視訊編碼標準在效能上有了較大的提升。尤其是在低位元速率端,它可以在保證一定質量的前提下大大的節約位元速率。 
MPEG-4第二部分 
MPEG-4第二部分標準可以使用在網路傳輸、廣播和媒體儲存上。比起MPEG-2和第一版的H.263,它的壓縮效能有所提高。和之前的視訊編碼標準的主要不同點在於,“物件導向”(Object-oriented)的編碼方法和一些其它並非用於提高通常視訊編碼壓縮率的技術。當然它也引入了一些提高壓縮能力的技術,包括一些H.263的技術和1/4畫素的運動補償。和MPEG-2一樣,它同時支援逐行掃描和隔行掃描。 
MPEG-4第十部分 ( H.264 ) : 效能最優的視訊編碼標準 
MPEG-4第十部分技術上和ITU-T H.264是相同的標準,有時候也被叫做“AVC”)。 這個剛剛制定完成的標準是ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG合作完成的效能最優的視訊編碼標準,並且在已經得到了越來越多的應用。該標準引入了一系列新的能夠大大提高壓縮效能的技術,並能夠同時在高位元速率端和低位元速率端大大超越以前的諸標準。已經使用和將要使用H.264技術的產品包括例如索尼公司的PSP,Nero公司的Nero Digital 產品套裝,蘋果公司的Mac OS X v10.4,以及新一代DVD標準HD-DVD和藍光光碟(Blu-ray)。 
AVS 
AVS是中國製定的音視訊壓縮編碼標準,故準確來說,其不僅僅包括視訊編碼標準。它最主要的目的是通過採用與H.264不同的專利授權方式,來避免付出大筆的專利授權費用。在技術上,AVS的視訊編碼部分採用的技術與H.264非常相似,但採取了一些簡化措施。這樣做,其一可以迴避一些非必要專利,另外據稱也可以在幾乎不影響編碼壓縮效率的基礎上,提高編解碼速度。 
DivX,XviD和3ivx 
DivX,XviD和3ivx視訊編解碼器基本上使用的都是MPEG-4第二部分的技術,以後綴*.avi, *.mp4, *.ogm 或者 *.mkv 結尾的檔案有一部分是使用這些視訊編解碼器的。 
WMV 
WMV(Windows Media Video)是微軟公司的視訊編解碼器家族,包括WMV 7、WMV 8、WMV 9、WPV 10。這一族的編解碼器可以應用在從撥號上網的窄帶視訊到高清晰度電視(HDTV)的寬頻視訊。使用Windows Media Video使用者還可以將視訊檔案刻錄到CD、DVD或者其它一些裝置上。它也適用於用作媒體伺服器。WMV 可以被看作是MPEG-4的一個增強版本。最新的WMV的版本是正在SMPTE制定中的VC-1標準。WMV-9(VC-1,開發代號為“Corona”)剛推出的時候稱為VC-9,之後才被電影電視工程師協會(SMPTE)改稱為VC-1(VC指Video Codec)。技術上,VC-1也與H.264有諸多相似之處。 
RealVideo 
RealVideo是由RealNetworks公司開發的視訊編解碼器。近幾年曾經有段時間的低迷,之後又獲得市場的青睞。最近尤其在BT電影界格外受寵。 
Sorenson 3 
Sorenson 3是由蘋果公司的軟體QuickTime使用的一種編解碼器。很多因特網上的QuickTime格式的視訊都是這種編解碼器壓縮的。 
Cinepak 
Cinepak同樣是由蘋果公司的軟體QuickTime使用的一種很老的編解碼器,好處是即使很老的計算機(如486)也都支援並且能順利播放。 
Indeo Video 
Indeo Video Indeo Video 是由 Intel 所研發的編解碼器。 
上面提到的編解碼器都有各自的優點和缺點,經常可以看到有對這些編解碼器進行比較的文章,這時候最重要的同時考慮編碼的位元速率和清晰度(常說的律失真特性,魯棒性)。