目录

• 制定标准的组织
• 两种编码方式
• • 基于波形的编码
  • 基于内容的编码
• H.261
• • 系统图
  • 信源编码器
  • 复合编码器
• H.263
• MPEG-1
• • 码流结构
• MPEG-2
• • 码流结构
• MPEG-4

制定标准的组织

这些标准主要由两个组织制定。

• 国际电信联盟——ITU-T
• 国际标准化组织——ISO
  目前世界上影响力最强的视频编码标准基本都出自于这两个组织。

除了这两个组织，还有

• Google——VP8/VP9
• Microsoft——VC-1
• 国产自主标准——AVS/AVS+/AVS2

两种编码方式

基于波形的编码

特点
编码的数据正对每一帧的图像包含的像素值，即采样像素的波形

方法
利用像素之间再时间与空间上的相关性，采用预测编码和变换编码结合的基于块的混合编码方法

代表
MPEG-1,MPEG-2,H.264,H.265等

这种编码方式是从编解码开始到现在，最主流的编码框架

基于内容的编码

特点
视频帧分城对立不同物体的区域，分别对其编码

方法
针对不同物体的形状、运动和纹理进行编码

代表
MPEG-4

H.261

诞生于1988年，是视频编码发展以来第一个里程碑。

是第一种采用“块结构的混合编码”方案的编码标准

目的
视频会议、可视电话等低码率视屏图像传输

数据格式
公共中间格式（Common Intermediate Format,CIF）

在H.261产生的时代，由于各国电视制式的不一致，是无法互通的。为了解决数据格式不兼容的问题，H.261定义了一种中间数据格式——CIF。
所以在使用H.261进行编码之前，首先转换为CIF格式然后再编码，接收端接收后再转为各自的格式。

每一帧的分辨率（亮度）：

• CIF——352 x 288
• QCIF（quater）——176 x 144

系统图

信源编码器

H.264、H.265格式都是通过以下格式进行改进的

主要用到的技术如下

• 帧内编码/帧间编码
  根据帧间相关性判定。相关性高使用帧间编码、相关性低使用帧内编码
• 帧间编码/运动估计
  使用以宏块为基础的运动补偿预测编码。当前宏块从参考帧中查找最佳匹配宏块，并计算其相对偏移量（Vx，Vy）最为运动矢量；编码器使用DCT、量化编码当前宏块和预测宏块的残差信号
• 帧内编码
  帧内编码直接使用DCT编码8 x 8像素值
• 环路滤波器
  实际上是一个数字低通滤波器，滤除不必要的高频信息，以消除方块效应

复合编码器

符合编码器将不同层次的H.261语法元素编码为H.264的码流

• 帧层
  由帧首和块组数据构成；帧首包括帧起始码（PSC）、帧计数码（TR）、帧类型（PTYPE）等

• 块组层
  由块组首和宏块数据组成。块组首包括组七十码（GBSC）、块组编号码（GN）、块组量化步长等

• 宏块层
  由宏块首和块数据构成；宏块首包括宏块地址码、宏块类型、宏块量化步长、运动矢量数据、编码模式等

• 块层
  包括每个 8 x 8块的DCT系数按之字形扫描后的熵编码码流，以块结束符结尾

H.263

是相对于H.261的改进标准，相比于H.261有更好的压缩效率。

• 运动矢量
  H.261的运动矢量是分配到每个宏块中的，即H.261对每一个MB分配一个运动矢量；而H.263支持每一个8 x 8块各自使用一个运动矢量

• MV精度
  相对于H.261只支持整数像素运动搜索，H.263的精度为1/2像素

• 双向预测模式
  H.263支持B帧，使用前后双向预测模式

• 熵编码
  采用算术编码算法，运算复杂度高，可显著降低码率

• 支持的图像格式

MPEG-1

ISO下属的移动图像专家组指定的早期视频压缩标准。
主要用于视频信息的存储、广播电视以及网络传输应用

• 作用
  CD/VCD中存储音视频信息

• 码率
  1.2~1.5MB/s

• 图像类型
  支持I、B、P帧。

• • I帧：帧内编码帧，采用帧内编码，可作为P/B帧的参考帧
• • P帧：前向预测帧，采用帧间编码，以I/P帧作为参考帧
• • B帧：双向预测帧，参考前后两个方向的参考帧

• 图像显示顺序
  

码流结构

总体和H.261类似，采用分层的码流结构
相比于H.261，MPEG-1增加了条带层，每一个宏块所有的编码操作只能在一个条带内实现
条带层可以有效防止编码错误在一帧内扩散

MPEG-2

码流层次分三层：

• 基本流
  ES，由视频编码的视频基本流和音频编码的音频基本流构成
• 打包基本流
  PES （package element stream），为音视频ES分别打包
• 传输流、节目流
  TS/PS，若干个PES进行服用后输出，分别用与传输和存储

DVD采用的是MPEG-2标准进行压缩的
MPEG-2是兼容MPEG-1的。所以DVD播放机可以播放VCD的光盘

MPEG-2格式支持逐行或隔行扫描视频，使用基于帧或场的编码。

• 档（profile）和级（level）
• • 按照使用的编码工具定义了5个profile（SP（简单）/MP（主要）/SNP(信噪比可分级)/SSP（空间可分级）/HP（高级））
• • 按照视频分辨率定义了4个级别（LL（低级）/ML（主级）/H440（高1440级）/HL（高级））

码流结构

ES流结构类似MPES-1，也分为图像序列层、图像组、图形、片、宏块和块层：

• 图像序列层
  包括若干GOP，序列头包含起始码和序列参数等
• 图像组（GOP）层
  包括若干图像，GOP头包括起始码、GOP标识等
• 图像层
  包裹若干个Slice，图像头中包括起始码和图像参数等
• 片（Slice）层
  最小的同步单位，包括若干宏块，Slice头中包括起始码、片地址、量化步长等信息
• 宏块（Macroblock）层
  由4个亮度块和2个色度块组成，宏块头包括地址、类型、MV等信息

编码的时候会从上到下的进行封装，解码也会从上到下解封装

MPEG-4

ISO在1999年颁布的视频编码标准。
与MPEG-1、MPEG-4相比，MPEG-4更注重多媒体系统的交互性、灵活性和可扩展性

MPEG-4标准采用了基于对象的编码，其中视频对象主要定义为画面中分割出来的不同物体，每个物体由三类信息描述：运动信息、轮廓信息和纹理信息