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视频压缩技术、编解码器概念与种类综合整理

这次将围绕视频,整理 MPEG 各标准系列的作用,再进一步了解编解码器与文件容器的区别。

 

当视频开始需要分发时,由于文件容量很大,压缩成为必不可少的需求,动态图像专家组(MEPG)于是聚集起来开发压缩技术,MPEG 也由此出现。MPEG 标准系列包括 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7 和 MPEG-21 等,分别涵盖音视频编码、内容描述与检索、多媒体框架等不同范围。下面将简要介绍各自的作用。

 

MPEG 1

MPEG-1 曾主要应用的媒介:CD MPEG-1 曾主要应用的媒介:CD

MPEG1是最早的视频和音频标准压缩技术,用于将视频存储在 CD 等媒介中。MPEG1 的最高传输速率约为 1.5Mbps,最高分辨率为 352x288,因此与如今的技术相去甚远。

 

就像知道第一台计算机是埃尼阿克(ENIAC)一样,只要知道它是最早的视频压缩方式就够了。

 

MPEG 2 (★)

随着 MPEG2 而得到长足发展的数字广播 随着 MPEG2 而得到长足发展的数字广播

MPEG2是一种有损压缩技术,用于数字广播、DVD 等的视频压缩。虽然这是一项较老的技术,但其传输速度可达 4~100Mbps,至今仍用于数字广播等领域,并且能够实现最高 Full HD 分辨率。不过,随着 UHD 广播的出现,以及更高画质视频的需求和供给不断增加,MPEG 2 的地位将逐渐削弱。

 

MP 3

容易让人产生误解的 MP3 - 音频文件 容易让人产生误解的 MP3 - 音频文件

MP3指的是压缩音乐等音频数据的技术,但这里有一点容易让人产生误解。那就是 MP3 指的是 MPEG1 的 Layer 3,而不是 MPEG3。

 

对于喜欢听音乐的人来说,这种格式太过熟悉,反而更容易产生这样的误解。也就是说,MP3 是 MPEG 1 的一部分,是一项沿用已久的技术,这个术语是在 1995 年将音频部分单独分离出来后出现的。

 

MPEG 4 (★)

在线视频服务的例子:YouTube 在线视频服务的例子:YouTube

MPEG4是由多个部分组成的多媒体标准系列。MP4 是其中第 14 部分规定的文件容器格式,H.264/AVC 则是第 10 部分的视频编码标准。因此,不能把整个 MPEG-4 标准系列与 MP4 文件扩展名或某一种压缩方式等同起来。

 

MP4 文件可以容纳视频、音频等多种数据。例如,它可以同时容纳 H.264 编码的视频和 AAC 编码的音频,但仅凭文件扩展名无法确定内部使用的编解码器。

 

MPEG 7

为信息检索而开发的 MPEG-7 为信息检索而开发的 MPEG-7

MPEG7是用于描述和检索音频、视觉及多媒体内容的标准系列。它以结构化方式表达内容的视觉、声学等特征,可用于内容检索与管理。

 

它在处理海量信息的数字图书馆、多媒体服务指南、广播电视台的档案库,以及 NAVER 地图等地理信息系统中都有实用价值。

 

MPEG 21

电子商务示意图 电子商务示意图

MPEG21是为多媒体内容的创建、分发与使用定义开放框架的标准系列。它包含数字项标识、权利表达等要素,以支持内容在不同环境中的使用,其范围并不限于电子商务或屏幕上的点击和输入。

 

MPEG 标准系列的作用概览

MPEG 标准系列的作用区分 MPEG 标准系列的作用区分

上图整理了 MPEG 各标准系列的不同作用。MPEG-1、MPEG-2 和 MPEG-4 包含音视频编码相关标准;MPEG-7 涉及内容描述与检索;MPEG-21 则提供多媒体框架。此外,MP3 是音频编码格式,MP4 是文件容器,不应将两者视为同一类压缩技术。

 

什么是编解码器?

在理解视频压缩技术之后,接下来也想了解一下视频编解码器的概念及种类。编解码器是能够对某种数据信号进行编码或解码的软件,而 Codec 这个术语就是将这里使用的 Coder 和 Decoder 的开头部分组合而成的。

 

编解码器与容器的区别

编解码器与文件容器的区别 编解码器与文件容器的区别

编解码器用于对视频和音频数据进行编码或解码。H.264/AVC 是视频编解码器的例子,AAC 是音频编解码器;MP4、MOV、ASF 和 Ogg 则是容纳媒体数据的容器格式。编解码器合集将多种编解码器打包,方便一起安装。

 

图中将 H.264 视频和 AAC 音频封装进 MP4 的方式,只是其中一种可能的组合。容器和编解码器需要分别理解,采用相同容器格式的文件也可能使用不同的编解码器。

 

视频编解码器的概念 视频编解码器的概念

那么,前面提到的编解码器与 MOV 容器分别有哪些特点呢?

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前面已经介绍了 MPEG 各标准系列的作用,下面将简要说明几种编解码器与 MOV 容器的特点。

 

主要编解码器与容器的特点

H.264 - 这种编解码器具有非常高效的压缩能力,深受视频制作者的欢迎。虽然采用有损压缩方式,但它能在保持出色画质的同时大幅缩小视频大小,因此尤其广泛用于高画质视频的网络分发。

 

H.265 - 也称为 HEVC(高效视频编码),是 H.264 的升级版本。它的压缩效率至少是 H.264 的 2 倍,设计上支持近来出现的 4K 及以上分辨率的 UHD 视频。

 

MOV - 这种格式由以 iPhone 和 Mac 电脑闻名的苹果公司开发,是一种能够容纳由不同编解码器编码的音视频数据的容器格式。它在专业人士中的使用比在普通人中更广泛,也称为 Quick time Movie。它特别受专业人士欢迎的原因之一是支持 Alpha 值,这使它能够以透明背景与其他视频进行合成。此外,虽然文件容量较大,但它也支持无损压缩,因此可以说是一种用途非常广泛的格式。

 

WMV / WMA - 这是由以开发 Windows 闻名的微软公司制作的视频/音频格式。其文件名也是 Windows media Video / Windows media audio 的缩写。它是 Windows 环境中默认提供的格式,由于压缩比高、画质损失率也高,因此主要供普通人日常使用,而不是专业人士使用。

 

DivX - 这种在韩语中称为 Dibikseu 的编解码器,是由与扩展名同名的 Dvix 公司独立开发的视频编解码器,能够将较长的视频压缩为画质高、容量小的文件。由于这些特点,它广泛用于压缩电影等 Dulation(时长)较长的视频。

 

Xvid - 它在韩语中也称为 Jebideu,是模仿 DviX 编解码器制作的竞争性视频编解码器。与 DviX 不同,它是任何人都可以免费使用的开放软件,但由于并非使用自身专利开发的编解码器,因此在分发等方面存在法律上的限制。它遵循 MPEG4 标准,并支持 MPEG-4 ASP 功能,因此在功能方面并没有明显落后。

 

AAC - 这是一种音频编解码器,也可以称为 MPEG-4 Audio。与受欢迎的音频编解码器 MP3(MPEG-1 Layer3)相比,它具有更出色的音质和更高的压缩比,但缺点是编码耗时较长。目前主要用于苹果设备(iPhone、iPod 等)。

 

以上介绍了视频压缩技术及编解码器。编解码器是高效存储和传输视频的核心技术,选择哪种编解码器会影响视频画质、文件大小(容量)、兼容性等多个方面,因此应根据自己的用途,理解其特点并作出选择。