《視頻與編碼標準》課件

視頻與編碼標準歡迎來到《視頻與編碼標準》課程。本課程將深入探討視頻編碼的基礎(chǔ)知識、主流標準及未來發(fā)展趨勢。我們將學習如何優(yōu)化視頻質(zhì)量和壓縮效率。課程大綱1基礎(chǔ)知識視頻基礎(chǔ)、編碼簡史、標準概述2編碼原理時域、空間域、變換、預測、熵編碼3主流標準H.264/AVC、H.265/HEVC、VP系列4未來展望發(fā)展趨勢、新興標準、未來展望視頻基礎(chǔ)知識幀視頻由連續(xù)的靜止圖像（幀）組成，快速播放產(chǎn)生動態(tài)效果。分辨率指視頻圖像的清晰度，通常以像素數(shù)表示（如1920x1080）。幀率每秒顯示的幀數(shù)，影響視頻流暢度，常見有24fps、30fps、60fps等。視頻編碼簡史11984年H.120標準誕生，開啟視頻編碼新紀元。21993年MPEG-1發(fā)布，為CD-ROM視頻壓縮奠定基礎(chǔ)。32003年H.264/AVC問世，大幅提升編碼效率。42013年H.265/HEVC發(fā)布，為4K視頻編碼提供支持。視頻編碼標準概述國際標準化組織ITU-T、ISO/IEC等機構(gòu)制定視頻編碼標準。主要標準系列MPEG系列、H.26x系列、VP系列等。標準化目的確保不同設(shè)備和平臺間的視頻兼容性。持續(xù)發(fā)展編碼標準不斷演進，以適應(yīng)新的應(yīng)用場景和需求。MPEG系列編碼標準MPEG-1用于CD-ROM視頻壓縮，支持352x288分辨率。MPEG-2廣泛應(yīng)用于DVD和數(shù)字電視，支持更高分辨率。MPEG-4提供更高壓縮率，適用于網(wǎng)絡(luò)流媒體和移動設(shè)備。H.26x系列編碼標準H.261為視頻會議設(shè)計，支持CIF和QCIF分辨率。H.263改進H.261，提供更好的壓縮效率。H.264/AVC大幅提升編碼效率，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。H.265/HEVC支持8K分辨率，比H.264提供更高壓縮率。VP系列編碼標準1VP8開源標準，用于網(wǎng)絡(luò)視頻。2VP9提高壓縮效率，支持4K視頻。3VP10進一步優(yōu)化，與AV1合并。主流視頻編碼標準對比標準壓縮效率復雜度應(yīng)用場景H.264/AVC高中廣泛H.265/HEVC很高高4K/8K視頻VP9高中網(wǎng)絡(luò)視頻視頻編碼基本原理時域冗余利用幀間相似性減少數(shù)據(jù)量?？臻g冗余利用像素間相關(guān)性壓縮數(shù)據(jù)。視覺冗余去除人眼不敏感的信息。統(tǒng)計冗余利用數(shù)據(jù)分布特性進行壓縮。時域編碼運動估計分析相鄰幀間物體移動，找出最佳匹配塊。運動補償利用運動向量重建幀，減少需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。空間域編碼1分塊將圖像分割成小塊，獨立處理。2幀內(nèi)預測利用相鄰像素預測當前塊。3變換將像素值轉(zhuǎn)換到頻域。4量化降低數(shù)據(jù)精度，減少比特數(shù)。變換編碼離散余弦變換(DCT)將像素值轉(zhuǎn)換為頻域系數(shù)，集中能量。小波變換提供多分辨率分析，適用于圖像壓縮。整數(shù)變換簡化計算，減少舍入誤差。預測編碼幀內(nèi)預測利用同一幀內(nèi)相鄰像素預測。幀間預測利用相鄰幀信息進行預測。雙向預測同時利用前后幀信息預測。熵編碼霍夫曼編碼根據(jù)符號出現(xiàn)頻率分配變長編碼。算術(shù)編碼將整個消息編碼為單個數(shù)字。CABAC上下文自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼。視頻編碼器結(jié)構(gòu)1預處理降噪、色彩轉(zhuǎn)換2幀預測幀內(nèi)/幀間預測3變換與量化DCT、整數(shù)變換4熵編碼CABAC、CAVLCH.264/AVC編碼標準高壓縮率比MPEG-2提供2倍以上的壓縮效率。靈活性支持多種分辨率和幀率。錯誤恢復提供強大的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性和錯誤恢復機制。廣泛應(yīng)用用于藍光光盤、數(shù)字電視、網(wǎng)絡(luò)視頻等。H.264/AVC編碼流程宏塊劃分將幀分割為16x16像素的宏塊。幀內(nèi)/幀間預測選擇最佳預測模式。變換與量化對殘差進行4x4整數(shù)變換和量化。去塊濾波減少塊效應(yīng)，提高主觀質(zhì)量。H.264/AVC編碼特點可變塊大小支持從16x16到4x4的多種塊大小。去塊濾波器減少塊效應(yīng)，提高視頻質(zhì)量。加權(quán)預測提高漸變和褪色場景的編碼效率。H.265/HEVC編碼標準高壓縮率比H.264提供約50%的比特率節(jié)省。高分辨率支持針對4K和8K視頻進行優(yōu)化。并行處理支持多核處理器高效編解碼。H.265/HEVC編碼流程1編碼樹單元劃分將幀分割為64x64的CTU。2四叉樹分割將CTU遞歸分割為更小的編碼單元。3幀內(nèi)/幀間預測35種幀內(nèi)預測模式，增強的運動矢量預測。4變換與量化支持多種尺寸的變換塊。H.265/HEVC編碼特點編碼樹結(jié)構(gòu)靈活的塊劃分，適應(yīng)復雜內(nèi)容。增強預測更多幀內(nèi)預測模式，改進的運動估計。并行工具波前并行處理和圖塊劃分。VP系列編碼標準開源特性VP系列是開源的視頻編碼標準，由Google主導開發(fā)。它們旨在提供高效、免版稅的視頻壓縮技術(shù)。持續(xù)進化從VP8到VP9再到VP10，每一代都帶來顯著的性能提升和新特性，以適應(yīng)不斷變化的視頻需求。VP8編碼特點幀內(nèi)預測支持4種幀內(nèi)預測模式。運動補償使用1/4像素精度的運動矢量。環(huán)路濾波應(yīng)用簡單環(huán)路濾波器減少塊效應(yīng)。熵編碼采用算術(shù)編碼進行熵編碼。VP9編碼特點超級塊引入64x64超級塊，支持靈活的塊劃分。色彩空間支持更廣泛的色彩空間和位深。性能提升相比VP8，提供約50%的比特率節(jié)省。VP10編碼特點高效壓縮目標是比VP9提供50%的比特率節(jié)省。HDR支持增強對高動態(tài)范圍(HDR)內(nèi)容的支持。AV1整合VP10技術(shù)最終被整合到AV1編碼標準中。視頻編碼標準發(fā)展趨勢更高效率追求更高的壓縮率，減少帶寬需求。高質(zhì)量體驗支持HDR、廣色域、高幀率等先進特性。智能編碼利用AI技術(shù)優(yōu)化編碼決策和參數(shù)選擇。新興編碼標準概述AV1開源編碼標準，旨在超越HEVC的性能。VVC又稱H.266，為8K和VR內(nèi)容優(yōu)化。EVC提供基本和增強配置，靈活應(yīng)對版權(quán)問題。LCEVC低復雜度增強視頻編碼，提高現(xiàn)有編解碼器效率。未來視頻編碼展望1AI驅(qū)動編碼深度學習優(yōu)化編碼