Atitit 视频编码与动画原理attilax总结

 

 

Atitit 视频编码与动画原理attilax总结

 

1.1. 第一步:实现有损图像压缩和解压1

1.2. 接着将其量化,所谓量化,就是信号采样的步长,1

1.3. 第二步:实现宏块误差计算2

1.4. 那么所谓运动预测编码,其实就是P帧的生成过程3

1.5. 第五步:实现GOP生成3

 

 

要彻底理解视频编码原理,看书都是虚的,需要实际动手,实现一个简单的视频编码器:

知识准备:基本图像处理知识,信号的时域和频域问题,熟练掌握傅立叶正反变换,一维、二维傅立叶变换,以及其变种,dct变换,快速dct变换。

1.1. 第一步:实现有损图像压缩和解压

参考 JPEG原理,将RGB->YUV,然后Y/U/V看成三张不同的图片,将其中一张图片分为 8×8的block进行 dct变换(可以直接进行二维dct变换,或者按一定顺序将8×8的二维数组整理成一个64字节的一维数组),还是得到一个8×8的整数频率数据。于是表示图像大轮廓的低频信号(人眼敏感的信号)集中在 8×8的左上角;表示图像细节的高频信号集中在右下角。

1.2. 接着将其量化,所谓量化,就是信号采样的步长,

8×8的整数频率数据块,每个数据都要除以对应位置的步长,左上角相对重要的低频信号步长是1,也就是说0-255,是多少就是多少。而右下角是不太重要的高频信号,比如步长取10,那么这些位置的数据都要/10,实际解码的时候再将他们*10恢复出来,这样经过编码的时候/10和解码的时候*10,那么步长为10的信号1, 13, 25, 37就会变成规矩的:0, 10, 20, 30, 对小于步长10的部分我们直接丢弃了,因为高频不太重要。

经过量化以后,8×8的数据块左上角的数据由于步长小,都是比较离散的,而靠近右下角的高频数据,都比较统一,或者是一串0,因此图像大量的细节被我们丢弃了,这时候,我们用无损压缩方式,比如lzma2算法(jpeg是rle + huffman)将这64个byte压缩起来,由于后面高频数据步长大,做了除法以后,这些值都比较小,而且比较靠近,甚至右下部分都是一串0,十分便于压缩。

JPEG图像有个问题就是低码率时 block边界比较严重,现代图片压缩技术往往要配合一些de-block算法,比如最简单的就是边界部分几个像素点和周围插值模糊一下。

做到这里我们实现了一个同 jpeg类似的静态图片有损压缩算法。在视频里面用来保存I帧数据。

1.3. 第二步:实现宏块误差计算

视频由连续的若干图像帧组成,分为 I帧,P帧,所谓I帧,就是不依赖就可以独立解码的视频图像帧,而P帧则需要依赖前面已解码的视频帧,配合一定数据才能生成出来。所以视频中I帧往往都比较大,而P帧比较小

 

1.4. 那么所谓运动预测编码,其实就是P帧的生成过程

按照第三步实现的逻辑,P2’其实已经很像P2了,只是有些误差,我们将这些误差保存成了图片D2,所以图片D2中,信息量其实已经很小了,都是些细节修善,比起直接保存一张完整图片熵要低很多的。所以我们将 D2用类似第一步提到的有损图片压缩方法进行编码,得到最终的P帧数据:

C++

1

Encode(P2) = Lzma2(block_positions) + 有损图像编码(D2)

具体在操作的时候,D2的图像块可以用16×16进行有损编码,因为前面的运动预测数据是按16×16的宏块搜索的,而不用象I帧那样精确的用8×8表示,同时保存误差图时,量化的精度可以更粗一些用不着象I帧那么精确,可以理解成用质量更低的JPEG编码,按照16×16的块进行编码,加上误差图D2本来信息量就不高,这样的保存方式能够节省不少空间。

1.5. 第五步:实现GOP生成

通过前面的代码,我们实现了I帧编码和P帧编码,P帧是参考P1对P2进行编码,而所谓B帧,就是参考 P1和 P3对P2进行编码,当然间隔不一定是1,比如可以是参考P1和P5对P2进行编码,前提条件是P5可以依赖P1及以前的数据进行解码。

不过对于一个完整的简版视频编码器,I帧和P帧编码已经够了,市面上任然有很多面向低延迟的商用编码器是直接干掉B帧的,因为做实时传输时收到B帧没法播放,之后再往后好几帧收到下一个I或者P帧时,先前收到的B帧才能被解码出来,造成不少的延迟。

而所谓的 GOP (Group of picture) 就是由一系列类似 I, P, B, B, P, B, B, P, B, B P 组成的一个可以完整被解码出来的图像组,而所谓视频文件,就是一个接一个的GOP,每个GOP由一个I帧开头,然后接下来一组连续的P 或者 B构成,播放时只有完整收到下一个GOP的I帧才能开始播放。

 

 

 

第六步:容器组装

 

第七部:优化改进

这时候你已经大概学习并掌握了视频编码的基础原理了,接下来大量的优化改进的坑等着你去填呢。优化有两大方向,编码效率优化和编码性能优化:前者追求同质量(同信噪比)下更低的码率,后者追求同样质量和码率的情况下,更快的编码速度。

 

视频编码原理简介 - 文章 - 伯乐在线.html

 

作者:: 绰号:老哇的爪子 ( 全名::Attilax Akbar Al Rapanui 阿提拉克斯 阿克巴 阿尔 拉帕努伊 ) 

汉字名:艾提拉(艾龙)   EMAIL:1466519819@qq.com

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Atiend

 

 

 

posted @ 2016-10-29 02:51  attilaxAti  阅读(251)  评论(0编辑  收藏  举报