Videokoodauksen merkitys
Suuri tallennustila alkuperäiselle videodatalle, 1080P 7 s -video vaatii 817 Mt.
Alkuperäinen videotiedonsiirto vie suuren kaistanleveyden, ja yllä olevien 11 sekunnin videon lähettäminen 7 Mbps: n kaistaleveydellä kestää 10 minuuttia.
H.264-koodauksen ja pakkaamisen jälkeen videon koko on vain 708 k, ja 10 Mbit / s kaistanleveys tarvitsee vain 500 ms, mikä voi vastata reaaliaikaisen lähetyksen tarpeisiin. Siksi videonhakutunnistimelta kerätty alkuperäinen video on koodattava.
Perustavaa laatua oleva
Joten miksi valtava alkuperäinen video voidaan koodata hyvin pieneksi videoksi? Mikä tekniikka tässä on? Ennen kuin puhumme tekniikasta, meidän on ensin luotava videokäsite, joka on jatkuvia kuvia.
Ydinajatuksena on poistaa turhat tiedot:
Spatiaalinen redundanssi: kuvan vierekkäisten pikselien välillä on vahva korrelaatio
Ajallinen redundanssi: samanlainen sisältö vierekkäisten kuvien välillä videosarjassa
Koodauksen redundanssi: eri pikseliarvoilla on eri todennäköisyydet
Visuaalinen redundanssi: ihmisen visuaalinen järjestelmä ei ole herkkä tietyille yksityiskohdille
Tietojen redundanssi: säännöllisyyden rakenne voidaan saada ennakkotiedoista ja taustatiedoista
Video on lähinnä sarja kuvia, joita toistetaan jatkuvasti ja nopeasti, joten helpoin tapa pakata video on pakata jokainen kuvakehys. Esimerkiksi vanhemman MJPEG-koodauksen on pakattava jokainen kuvakehys videossa. Tämä koodausmenetelmä On olemassa vain kehyksen sisäinen koodaus, joka käyttää koodaamiseen spatiaalisen näytteen ennustusta. Kuvametaforana on käsiteltävä kutakin kehystä kuvana ja pakattava kuva JPEG-koodausmuodolla. Tällainen koodaus ottaa huomioon vain tarpeettomien tietojen pakkaamisen kuvassa.
Kehysten välisen aikakorrelaation vuoksi on kuitenkin kehitetty joitain kehittyneitä koodereita, jotka voivat käyttää kehysten välistä koodausta. Yksinkertaisesti sanottuna tietyt kehyksen alueet valitaan hakualgoritmin avulla, ja sitten nykyinen kehys lasketaan. Se on koodausmuoto, jossa on vektoriero etu- ja takakehysten välillä. Seuraavien kahden peräkkäisen kuvan 2 kautta voimme nähdä, että hiihtäjä siirtyy eteenpäin, mutta itse asiassa lumi kohtaus siirtyy taaksepäin ja P-kehykseen viitataan. Kehykset (I tai muut P-kehykset) voidaan koodata, koko koodauksen jälkeen on hyvin pieni ja pakkaussuhde on erittäin korkea.
Viitelinkki kehys http://mp.weixin.qq.com/s/ox6MsWx71b-GFsZihaOwww
Jotkut opiskelijat saattavat olla kiinnostuneita siitä, miten nämä kaksi kuvaa syntyivät. Tässä on kaksi riviä FFmpeg-komentoja saavutettavaksi. Katso lisätietoja FFmpegistä seuraavista luvuista:
Ensimmäinen rivi tuottaa videon liikkuvalla vektorilla
Toinen rivi tuottaa jokaisen kehyksen kuvana
Käytä komentoa
ffmpeg -flags2 + export_mvs -i tutu.mp4 -vf codecview = mv = pf + bf + bb tutudebug2.mp4
ffmpeg -i tutudebug2.mp4'tutunormal-% 03d.bmp '
Paikallisen redundanssin ja ajallisen redundanssin kompressoinnin lisäksi on pääasiassa koodausta ja visuaalista pakkausta. Seuraava on enkooderin päävuokaavio:
Kuviot 3 ja 4 ovat kaksi prosessia. Kuvio 3 on kehyksen sisäinen koodaus ja kuvio 4 on kehysten välinen koodaus. Suurin ero kuvasta nähden on, että ensimmäinen vaihe on erilainen. Itse asiassa nämä kaksi prosessia myös yhdistetään. Yleisesti ottaen I-kehys ja P-kehys käyttävät vastaavasti kehyksen sisäistä koodausta ja kehysten välistä koodausta.
Kooderin valinta
Olen selvittänyt kooderin periaatteen ja perusprosessin. Kooderi on kokenut vuosikymmeniä kehitystä. Se on kehittynyt vain kehyksen sisäisen koodauksen tukemisesta uuden sukupolven koodereihin, joita H.265 ja VP9 edustavat tänään. Tällä hetkellä joitain yleisiä koodereita analysoidaan, ja vietämme sinut tutustumaan kooderien maailmaan.
H.264
esittely
H.264 / AVC-projektin tarkoituksena on luoda videostandardi. Vanhaan standardiin verrattuna se voi tuottaa korkealaatuista videota pienemmällä kaistanleveydellä (toisin sanoen vain puolet MPEG-2: n, H.263: n tai MPEG-4: n osan 2 kaistanleveydestä tai vähemmän) lisäämättä liikaa suunnittelun monimutkaisuutta sen saavuttaminen on mahdotonta tai toteutuksen kustannukset ovat liian korkeat. Toinen tarkoitus on tarjota riittävä joustavuus käytettäväksi eri sovelluksissa, verkoissa ja järjestelmissä, mukaan lukien suuri ja matala kaistanleveys, korkea ja matala videotarkkuus, lähetys, DVD-tallennus, RTP / IP-verkot ja ITU-T-multimediapuhelinjärjestelmä.
H.264 / AVC sisältää sarjan uusia ominaisuuksia, mikä tekee siitä paitsi aiempia koodekkeja tehokkaamman myös sitä voidaan käyttää sovelluksissa erilaisissa verkkoympäristöissä. Tämän teknisen perustan ansiosta H.264: stä tulee online-videoyritysten, mukaan lukien YouTube, tärkein koodekki, mutta sen käyttö ei ole kovin helppo tehtävä. Teoriassa H.264: n käyttö vaatii paljon rahaa. Patenttimaksut.
Patenttilupa
Kuten MPEG-2: n ensimmäinen ja toinen osa ja MPEG-4: n toinen osa, H.264 / AVC: tä käyttävien tuotteiden valmistajien ja palveluntarjoajien on maksettava patenttilupia patentinhaltijoille. Näiden patenttilisenssien pääasiallinen lähde on yksityinen organisaatio nimeltä MPEG-LA LLC. Tällä organisaatiolla ei ole mitään tekemistä MPEG-standardointijärjestön kanssa, mutta tämä organisaatio hallinnoi myös MPEG-2: n ensimmäisen osan järjestelmää, toisen osan videota ja MPEG-4: n ensimmäistä osaa. Kaksiosainen video- ja muun teknologian patenttilisenssi.
Muita patenttilisenssejä on haettava toisesta yksityisestä organisaatiosta, nimeltään VIA Licensing, joka hallinnoi myös patenttilisenssejä äänen pakkausstandardeille, kuten MPEG-2 AAC ja MPEG-4 Audio.
H.264: n avoimen lähdekoodin toteutus
openh264 on Ciscon toteuttama avoimen lähdekoodin H.264-koodausohjelma. Vaikka H.264 vaatii korkeaa patenttimaksua, patenttimaksulle on asetettu vuosiraja. Kun Cisco on maksanut OpenH264: n vuosimaksun, OpenH264 on todella ilmainen. Käytä sitä vapaasti.
x264 on ilmainen videokoodausohjelmisto, joka on lisensoitu GPL: n nojalla. X264: n päätoiminto on suorittaa H.264 / MPEG-4 AVC -videokoodaus, ei dekooderina.
Ilman vertailukustannuksia:
Openh264: n suorittimen käyttö on paljon pienempi kuin x264: n
openh264 tukee vain perusprofiilia, x264 tukee enemmän profiileja
HEVC / H.265
esittely
HEVC (High Efficiency Video Coding) on videon pakkausstandardi (kutsutaan myös nimellä H.265), jota pidetään ITU-T H.264 / MPEG-4 AVC -standardin seuraajana. Vuonna 2004 ISO / IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) ja ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) alkoivat kehittyä nimellä ISO / IEC 23008-2 MPEG-H Part 2 tai ITU-T H.265. HEVC / H.265-videopakkausstandardin ensimmäinen versio hyväksyttiin Kansainvälisen tietoliikenneliiton (ITU-T) viralliseksi standardiksi 13. huhtikuuta 2013. HEVC: n katsotaan paitsi parantavan videon laatua myös saavuttavan kahdesti H.264 / MPEG-4 AVC: n pakkausnopeus (vastaa 50% pienempää bittinopeutta samalla kuvanlaadulla) ja voi tukea 4K-tarkkuutta ja jopa erittäin teräväpiirtotelevisiota (UHDTV), korkein resoluutio voi olla saavuttaa 8192 × 4320 (8K-tarkkuus).
Patenttilupa
HEVC vaatii kaikkia H.265-tekniikkaa käyttäviä sisällönvalmistajia, mukaan lukien Apple, YouTube, Netflix, Facebook ja Amazon, maksamaan 0.5% sisällön tuotostaan tekniikan käyttömaksuna. Koko suoratoistomediamarkkinat saavuttavat noin 100 miljardia Yhdysvaltain dollaria vuodessa, ja ne jatkavat. Kasvussa 0.5 prosentin maksu on ehdottomasti valtava maksu. Ja he eivät ole päästäneet irti laitevalmistajista, joiden joukossa televisioiden valmistajien on maksettava 1.5 dollaria yksikköä kohden ja mobiililaitteiden valmistajilta 0.8 Yhdysvaltain dollaria per yksikkö patenttimaksuina. He eivät ole edes päästäneet irti valmistajista, kuten Blu-ray-soittimista, pelikonsoleista ja videonauhureista, joiden on maksettava 1.1 dollaria.
H.265 / HEVC: n avoimen lähdekoodin toteutus
libde265 HEVC: n tarjoaa struktur-yritys avoimen lähdekoodin lisenssillä GNU Lesser General Public License (LGPL), ja katsojat voivat nauttia korkealaatuisista kuvista hitaammilla Internet-nopeuksilla. Verrattuna aiempiin H.264-standardiin perustuviin dekoodereihin libde265 HEVC -dekooderi voi tuoda Full HD -sisältösi jopa kaksinkertaiseen yleisöön tai vähentää suoratoiston edellyttämää kaistanleveyttä 50%.
x265 on kehittänyt MulticoreWare, ja se on avointa GPL-sopimuksen nojalla.
VP8
esittely
VP8 on avoin videopakkausformaatti, jonka on ensin kehittänyt On2 Technologies ja julkaissut sitten Google. Samanaikaisesti Google julkaisi myös VP8-koodatun toteutuskirjaston: libvpx, joka julkaistiin BSD-käyttöoikeusehtojen muodossa, ja lisäsi myöhemmin oikeuden käyttää patenttia. Muutaman argumentin jälkeen VP8: n valtuutus vahvistettiin lopulta avoimen lähdekoodin valtuutukseksi.
Tällä hetkellä VP8: ta tukevat verkkoselaimet ovat Opera, Firefox ja Chrome.
Patenttilupa
Maaliskuussa 2013 Google pääsi sopimukseen MPEG LA: n ja 11 patentinhaltijan kanssa, jotta Google voisi hankkia VP8: n ja sen aiemmat VPx: t ja muut koodaukset, joita patentteja voidaan loukata. Samalla Google voi myös valtuuttaa uudelleen liittyvät patentit VP8-käyttäjille ilmaiseksi. , Tämä sopimus soveltuu myös seuraavan sukupolven VPx-koodauksiin. Toistaiseksi MPEG LA on luopunut VP8-patenttien keskitetyn lisensointiliiton perustamisesta, ja VP8-käyttäjät voivat päättää käyttää tätä koodia ilmaiseksi huolimatta mahdollisista patenttioikeuksien loukkauksista.
VP8: n avoimen lähdekoodin toteutus
Libvpx on ainoa VP8: n avoimen lähdekoodin toteutus. Sen on kehittänyt On2 Technologies. Kun Google on hankkinut sen, se avasi lähdekoodinsa. Lisenssi on hyvin löysä ja sitä voi käyttää vapaasti.
VP9
esittely
VP9: n kehittäminen alkoi vuoden 2011 kolmannella neljänneksellä. Tavoitteena on pienentää tiedostokokoa 50% verrattuna VP8-koodauksiin samalla kuvanlaadulla. Toinen tavoite on ylittää HEVC-koodaus koodaustehokkuudessa.
Chromium-selain lisäsi 13. joulukuuta 2012 tuen VP9-koodaukselle. Chrome-selain alkoi tukea VP9-koodattua videotoistoa 21. helmikuuta 2013.
Google ilmoitti saattavansa VP9-koodin loppuun loppuun 17. kesäkuuta 2013, jolloin Chrome-selain ohjaa VP9-koodia oletusarvoisesti. 18. maaliskuuta 2014 Mozilla lisäsi VP9-tuen Firefox-selaimeen.
3. huhtikuuta 2015 Google julkaisi libvpx1.4.0: n, joka lisäsi tuen 10-bittiselle ja 12-bittiselle syvyydelle, 4: 2: 2 ja 4: 4: 4 krominäytteille sekä VP9-moniytimiselle koodaukselle / dekoodaukselle.
Patenttilupa
VP9 on avoimen formaatin maksuton videokoodausmuoto.
VP9: n avoimen lähdekoodin toteutus
libvpx on ainoa avoimen lähdekoodin VP9-toteutus, jonka Google on kehittänyt ja ylläpitänyt. Osa koodeista on VP8: n ja VP9: n jakamia, ja loput ovat vastaavasti VP8: n ja VP9: n koodekkitoteutuksia.
VP9: n, H.264: n ja HEVC: n vertailu
HEVC: n ja H.264: n vertailu eri resoluutioilla
Verrattuna H.264 / MPEG-4: een HEVC: n keskimääräinen bittinopeuden vähennys on:
Voidaan nähdä, että bittinopeus on pudonnut yli 60%
HEVC: llä (H.265) on suurempi etu VP9: n ja H.264: n bittinopeussäästöissä, mikä säästää 48.3% ja 75.8% samalla PSNR: llä
H.264: llä on valtava etu ajan koodauksessa. Verrattuna VP9: ään ja HEVC: hen (H.265), HEVC on 6 kertaa VP9: n ja VP9 on lähes 40 kertaa H.264: n vastaava.
