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即时通讯音视频开发视频编码基础

即时通讯音视频开发视频编码基础

作者: 可爱的小云朵 | 来源:发表于2022-12-21 10:18 被阅读0次

音视频即时通讯是最为时尚、流行的通讯方式。可以实现一对一、一对多、多对多的通讯。而各种各样的即时通讯软件也层出不穷;服务提供商越来越丰富的通讯服务功能。随着社会的发展与网络技术的进步,音视频即时通讯的运用日益广泛。 市场竞争越来越激烈,如何在有限的时间内完成项目,满足客户的需求成为企业决策者所需要面对的现实。音视频技术以全新领域凸显了网络信息时代的飞跃发展。近年来,音视频即时通讯的应用,如聊天室,网络教育,应急指挥,远程医疗,数字电视等不断创新的成就更是全球关注的焦点。

可按2部分进行理解:

语法:码流中各个元素的位置关系。

如:01001001…,表示图像编码类型(01),宏块类型(00),编码系数1001等。

语义:每个语法元素所表达的意义。

例如:图像编码类型。

编码层次由如下部分组成:

序列(Sequence)

图像组(Group of Pictures,GOP)

图像(Picture)

条带(Slice)

宏块(Macroblock,MB)

块(Block)

 IBBP序列编码对象

序列是指一段连续编码的并具有相同参数的视频图像。

序列起始码是指专有的一段比特串,标识一个序列的压缩数据的开始。如MPEG-2的序列起始码为十六进制数000001(B3)。

序列头是指记录序列信息,包含档次(Profile),级别(Level),宽度,高度,是否是逐行序列,帧率等内容。

序列结束码是指专有的一段比特串,标识该序列的压缩数据的结束。如MPEG-2的序列结束码为十六进制数000001(B7)。

图像编码结构

包括:

图像。

图像起始码:专有的一段比特串,标识一个图像的压缩数据的开始。

如MPEG-2的图像起始码为十六进制数000001(00)。

图像头:记录图像信息。

包含图像编码类型,图像距离,图像编码结构,图像是否为逐行扫描。即时通讯开发可以咨询蔚可云定制

条带编码结构

条带:多个宏块的组合。

条带起始码:专有的一段比特串,标识一个条带的压缩数据的开始。如MPEG-2的条带起始码为十六进制数000001(0~AF)。

条带头:记录当前图像的相关信息。含条带位置,条带量化参数,宏块编码技术标识等。

 宏块编码结构

宏块:16x16的像素块(对亮度而言)。

宏块内容:宏块编码类型,编码模式,参考帧索引,运动矢量信息,宏块编码系数等。

块编码结构

8x8或4x4块的变换量化系数的熵编码数据。

CBP (Coded Block Patten):用来指示块的变换量化系数是否全为零。

对于YUV(4:2:0)编码,CBP通常6比特长,每个比特对应一个块,当某一块的变换量化系数全为零时,其对应比特位值为0,否则为1。

每个块的变换量化系数的最后用一个EOB (End of Block)符号来标识。

视频编解码关键技术

预测:通过帧内预测和帧间预测降低视频图像的空间冗余和时间冗余。

变换:通过从时域到频域的变换,去除相邻数据之间的相关性,即去除空间冗余。

量化:通过用更粗糙的数据表示精细的数据来降低编码的数据量,或者通过去除人眼不敏感的信息来降低编码数据量。

扫描:将二维变换量化数据重新组织成一维的数据序列。

熵编码:根据待编码数据的概率特性减少编码冗余。

预测

空间预测:利用图像空间相邻像素的相关性来预测的方法

帧内预测技术:利用当前编码块周围已经重构出来的像素预测当前块

Intra图像编码(I帧)

时间预测:利用时间上相邻图像的相关性来预测的方法

帧间预测:运动估计(Motion Estimation,ME),运动补偿(Motion Compensation,MC)

Inter图像编码:前向预测编码图像(P帧),双向预测编码图像(B帧)

帧内预测

I帧图像的每个宏块都采用帧内(Intra)预测编码模式。

宏块分成8x8或者4x4块,对每个块采用帧内预测编码,称作Intra8x8或者Intra4x4。

帧内预测有多个预测方向:水平,垂直,左下,右上。

帧内预测还有直流(DC)预测。

色度块预测还有平面预测。

码率控制

受到缓冲区,带宽的限制,编码码率不能无限制的增长,因此需要通过码率控制来将编码码流控制在目标码率范围内。

一般通过调整量化参数的手段控制码率:

帧级控制

条带级控制

宏块级控制

码率控制考虑的问题:

防止码流有较大的波动,导致缓冲区发生溢出,

同时保持缓冲区尽可能的充满,让图像质量尽可能的好而且稳定

CBR(Constant Bit Rate):比特率稳定,但图像质量变化大。VBR(Variable Bit Rate):比特率波动大,但图像质量稳定。

码率控制算法:

码率分配

码率控制

码率控制属于非标准技术,编码端有,解码端没有。

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