数据压缩编码已经有很长的历史。压缩编码的理论基础是信息论。从信息的角度来看，压缩就是去除数据中的冗余。即保留不确定的信息，去除确定的信息（即可推知的信息），用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗余的描述。 
视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。 
在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念：    
一、有损和无损压缩：在视频压缩中有损（Lossy ）和无损（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩，这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关，压缩比越大，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。此外，某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式，这样还会引起额外的数据丢失。   
二、帧内和帧间压缩：帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatial compression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。   
采用帧间（Interframe）压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩（Temporal compression），它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值（Frame differencing）算法是一种典型的时间压缩法，它通过比较本帧与相邻帧之间的差异，仅记录本帧与其相邻帧的差值，这样可以大大减少数据量。  
三、对称和不对称编码：对称性（symmetric）是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，对称算法适合于实时压缩和传送视频，如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。而在电子出版和其它多媒体应用中，一般是把视频预先压缩处理好，而后再播放，因此可以采用不对称（asymmetric）编码。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间，而解压缩时则能较好地实时回放，也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说，压缩一段视频的时间比回放（解压缩）该视频的时间要多得多。例如，压缩一段三分钟的视频片断可能需要10多分钟的时间，而该片断实时回放时间只有三分钟。 
 
视频压缩编码标准主要由ITU-T和ISO/IEC开发。前者已经发布了视频会议标准H.261、 H.262、 H.263，并且准备进行远期编码标准H.263L的开发，以期望获得更大的编码效率。ISO/IEC的标准系列是大家熟悉的MPEG家族。包括：   
（一）MPEG-1(1988～1992)，可以提供最高达1.5Mbps的数字视频，只支持逐行扫描。MPEG-1是 ISO 开发的第一个视频压缩算法。主要应用是数字媒体上动态图像与音频的存储与检索，如速率为 1.15Mbps、采用 SIF 分辨率（352*240 *29.97 或者 352*288 *25）的VCD。MPEG-1 与 H.261 相似，不过编码器一般需要更高的性能，以便支持电影内容的较高运动性而不是典型的可视电话功能。   与 H.261 相比，MPEG1 允许采用 B 帧。另外它还采用自适应感知量化，也就是说，对每个频段采用单独的量化比例因子（或等步长），以便优化人们的视觉感受。MPEG-1 仅支持逐行视频，因此新标准MPEG-2 已经开始做出努力，同时支持分辨率及比特率更高的逐行与隔行视频。    

（二）MPEG-2(1990～1994)，支持的带宽范围从2Mbps到超过20Mbps，MPEG-2后向兼容MPEG-1，但增加了对隔行扫描的支持，并有更大的伸缩性和灵活性。MPEG-2专门针对数字电视而开发，很快成为了迄今最成功的视频压缩标准。MPEG-2 既能够满足标准逐行视频的需求（其中视频序列由一系列按一定时间间隔采集的帧构成），又能够满足电视领域常用的隔行视频的需求。隔行视频交替采集及显示图像中两组交替的像素（每组称为一个场）。这种方式尤其适合电视显示器的物理特性。MPEG-2 支持标准的电视分辨率，其中包括：针对美国和日本采用的 NTSC 制式隔行 720*480 分辨率，每秒 60 场，以及欧洲和其他国家采用的PAL 制式的 720*576 分辨率，每秒 50 场。   MPEG-2 建立在 MPEG-1 基础之上，并具备扩展功能，能支持隔行视频及更宽的运动补偿范围。由于高分辨率视频是非常重要的应用，因此 MPEG-2 支持的搜索范围远远大于 MPEG-1。与之前的标准相比，它显著提高了运动估计的性能要求，并充分利用更宽搜索范围与更高分辨率优势的编码器需要比 H.261 和 MPEG-1 高得多的处理能力。MPEG2 中的隔行编码工具包含优化运动补偿的能力，同时支持基于场和基于帧的预测，而且同时支持基于场和基于帧的 DCT/IDCT。MPEG-2 在 30:1 左右的压缩比时运行良好。MPEG-2 在 4-8Mbps 时达到的质量适合消费类视频应用，因此它很快在许多应用中得到普及，如：数字卫星电视、数字有线电视、DVD 以及后来的高清电视等。   另外，MPEG-2 增加了分级视频编码工具，以支持多层视频编码，即：时域分级、空域分级、SNR 分级以及数据分割。尽管 MPEG-2 中针对分级视频应用定义了相关类别 (profile)，不过支持单层编码的主类 (Main Profile) 是当今大众市场中得到广泛应用的唯一 MPEG-2 类。 MPEG-2 解码最初对于通用处理器及 DSP 具有很高的处理要求。优化的固定功能 MPEG-2 解码器开发已问世，由于使用量较高，成本已逐渐降低。MPEG-2 证明低成本芯片解决方案的供应是视频编解码标准成功和普及的关键。

（三）MPEG-4(1994～1998)，支持逐行扫描和隔行扫描，是基于视频对象的编码标准，通过对象识别提供了空间的可伸缩性。MPEG-4 由 ISO 提出，以延续 MPEG-2 的成功。一些早期的目标包括：提高容错能力以支持无线网、对低比特率应用进行更好的支持、实现各种新工具以支持图形对象及视频之间的融合。大部分图形功能并未在产品中受到重视，相关实施主要集中在改善低比特率压缩及提高容错性上。MPEG-4 简化类 (SP) 以H.263为基础，为改善压缩增加了新的工具，包括：

• 无限制的运动矢量：支持对象部分超出帧边界时的预测； 
• 可变块大小运动补偿：可以在 16*16 或 8*8 粒度下进行运动补偿； 
• 上下文自适应帧内 DCT DC/AC 预测：可以通过当前块的左右相邻块预测 DC/AC DCT 系数；
• 扩展量化 AC 系数的动态范围，支持高清视频：从 H.263 的 [-127:127] 到 [-2047, 2047]。  

另外还增加了容错功能，以支持丢包情况下的恢复，包括： 

• 片断重同步 (Slice Resynchronization)：在图像内建立片断 (slice)，以便在出现错误后更快速的进行重新同步。与 MPEG-2 数据包大小不同，MPEG-4 数据包大小与用于描述 MB 的比特数量脱离了联系。因此，不管每个 MB 的信息量多少，都可以在位流中按相同间隔进行重新同步；
• 数据分割：这种模式允许利用唯一的运动边界标记将视频数据包中的数据分割成运动部分和 DCT 数据部分。这样就可以实现对运动矢量数据更严格的检查。如果出现错误，我们可以更清楚地了解错误之处，从而避免在发现错误情况下抛弃所有运动数据；
• 可逆 VLC：VLC 编码表允许后向及前向解码。在遇到错误时，可以在下一个slice进行同步，或者开始编码并且返回到出现错误之处； 
• 新预测 (NEWPRED)：主要用于在实时应用中实现快速错误恢复，这些应用中的解码器在出现丢包情况下采用逆向通道向解码器请求补充信息。MPEG-4 高级简化类 (ASP) 以简化类为基础，增加了与 MPEG-2 类似的 B 帧及隔行工具（用于Level 4 及以上级别）。另外它还增加了四分之一像素运动补偿及用于全局运动补偿的选项。MPEG-4 高级简化类比简化类的处理性能要求更高，而且复杂性与编码效率都高于 MPEG-2。 MPEG-4 最初用于因特网数据流，例如，已经被 Apple 的 QuickTime 播放器采用。MPEG-4 简化类目前在移动数据流中得到广泛应用。MPEG-4 ASP 是已经流行的专有 DivX 编解码器的基石。  

（四）MPEG-7（1998-2000）是一种多媒体内容描述的标准，定义了描述、描述语和描述方案，便于处理多媒体内容。  MPEG-7可独立于MPEG的其他标准使用，MPEG-7的描述符与所描述内容的压缩编码或存储方式无关，任何经压缩或未经压缩的多媒体信息都可以使用MPEG-7标准来描述。

（五）H.264是MPEG-4/Part-10，随着市场的需求，在尽可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输已成为视频压缩的两大难题。为此IEO/IEC/和ITU-T两大国际标准化组织联手制定了新一代视频压缩标准H.264。H.264和以前的标准一样，也是DPCM加变换编码的混合编码模式。但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比MEPG-4好得多的压缩性能；H.264加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误友和丢包的处理；H.264应用目标范围较宽，可以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的需求。在技术上，H.264标准中有多个闪光之处，如统一的VLC符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4块的整数变换、分层的编码语法等。这些措施使得H.264得算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263节约50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。H.264能以较低的数据速率传送基于联网协议（IP）的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x视频通讯标准，更适合窄带传输。H.264的技术特点：

• 分层设计：视频编码层具有高效的视频内容表示功能，网络提取层将网络中所需要的数据进行打包和传送；
• 高精度、多模式运动设计：支持1/4或1/8像素精度的运动矢量，多模式的灵活和细致的划分，大提高了运动估计的精确程度，以及多帧参考技术；
• 帧内预测功能：在空间域进行预测编码算法，以便取得更有效的压缩；
• 4×4块的整数变换：由于用二变换块的尺寸缩小，运动物体的划分更精确，这样，不但变换计算量比较小，而且在运动物体边缘处的衔接误疾差也大为减小，为了提高码率控制的能力，量化步长的变化的幅度控制在125%左右，而不是以不变的增幅变化。为了强调彩色的逼真性，对色度系数采用了较小量化步长；
• 统一的VLC：为快速再同步而经过优化的，可以有效防止误码。

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