《视频与编码标准》课件

视频与编码标准欢迎来到《视频与编码标准》课程。本课程将深入探讨视频编码的基础知识、主流标准及未来发展趋势。我们将学习如何优化视频质量和压缩效率。课程大纲1基础知识视频基础、编码简史、标准概述2编码原理时域、空间域、变换、预测、熵编码3主流标准H.264/AVC、H.265/HEVC、VP系列4未来展望发展趋势、新兴标准、未来展望视频基础知识帧视频由连续的静止图像（帧）组成，快速播放产生动态效果。分辨率指视频图像的清晰度，通常以像素数表示（如1920x1080）。帧率每秒显示的帧数，影响视频流畅度，常见有24fps、30fps、60fps等。视频编码简史11984年H.120标准诞生，开启视频编码新纪元。21993年MPEG-1发布，为CD-ROM视频压缩奠定基础。32003年H.264/AVC问世，大幅提升编码效率。42013年H.265/HEVC发布，为4K视频编码提供支持。视频编码标准概述国际标准化组织ITU-T、ISO/IEC等机构制定视频编码标准。主要标准系列MPEG系列、H.26x系列、VP系列等。标准化目的确保不同设备和平台间的视频兼容性。持续发展编码标准不断演进，以适应新的应用场景和需求。MPEG系列编码标准MPEG-1用于CD-ROM视频压缩，支持352x288分辨率。MPEG-2广泛应用于DVD和数字电视，支持更高分辨率。MPEG-4提供更高压缩率，适用于网络流媒体和移动设备。H.26x系列编码标准H.261为视频会议设计，支持CIF和QCIF分辨率。H.263改进H.261，提供更好的压缩效率。H.264/AVC大幅提升编码效率，广泛应用于各种领域。H.265/HEVC支持8K分辨率，比H.264提供更高压缩率。VP系列编码标准1VP8开源标准，用于网络视频。2VP9提高压缩效率，支持4K视频。3VP10进一步优化，与AV1合并。主流视频编码标准对比标准压缩效率复杂度应用场景H.264/AVC高中广泛H.265/HEVC很高高4K/8K视频VP9高中网络视频视频编码基本原理时域冗余利用帧间相似性减少数据量。空间冗余利用像素间相关性压缩数据。视觉冗余去除人眼不敏感的信息。统计冗余利用数据分布特性进行压缩。时域编码运动估计分析相邻帧间物体移动，找出最佳匹配块。运动补偿利用运动向量重建帧，减少需传输的数据量。空间域编码1分块将图像分割成小块，独立处理。2帧内预测利用相邻像素预测当前块。3变换将像素值转换到频域。4量化降低数据精度，减少比特数。变换编码离散余弦变换(DCT)将像素值转换为频域系数，集中能量。小波变换提供多分辨率分析，适用于图像压缩。整数变换简化计算，减少舍入误差。预测编码帧内预测利用同一帧内相邻像素预测。帧间预测利用相邻帧信息进行预测。双向预测同时利用前后帧信息预测。熵编码霍夫曼编码根据符号出现频率分配变长编码。算术编码将整个消息编码为单个数字。CABAC上下文自适应二进制算术编码。视频编码器结构1预处理降噪、色彩转换2帧预测帧内/帧间预测3变换与量化DCT、整数变换4熵编码CABAC、CAVLCH.264/AVC编码标准高压缩率比MPEG-2提供2倍以上的压缩效率。灵活性支持多种分辨率和帧率。错误恢复提供强大的网络适应性和错误恢复机制。广泛应用用于蓝光光盘、数字电视、网络视频等。H.264/AVC编码流程宏块划分将帧分割为16x16像素的宏块。帧内/帧间预测选择最佳预测模式。变换与量化对残差进行4x4整数变换和量化。去块滤波减少块效应，提高主观质量。H.264/AVC编码特点可变块大小支持从16x16到4x4的多种块大小。去块滤波器减少块效应，提高视频质量。加权预测提高渐变和褪色场景的编码效率。H.265/HEVC编码标准高压缩率比H.264提供约50%的比特率节省。高分辨率支持针对4K和8K视频进行优化。并行处理支持多核处理器高效编解码。H.265/HEVC编码流程1编码树单元划分将帧分割为64x64的CTU。2四叉树分割将CTU递归分割为更小的编码单元。3帧内/帧间预测35种帧内预测模式，增强的运动矢量预测。4变换与量化支持多种尺寸的变换块。H.265/HEVC编码特点编码树结构灵活的块划分，适应复杂内容。增强预测更多帧内预测模式，改进的运动估计。并行工具波前并行处理和图块划分。VP系列编码标准开源特性VP系列是开源的视频编码标准，由Google主导开发。它们旨在提供高效、免版税的视频压缩技术。持续进化从VP8到VP9再到VP10，每一代都带来显著的性能提升和新特性，以适应不断变化的视频需求。VP8编码特点帧内预测支持4种帧内预测模式。运动补偿使用1/4像素精度的运动矢量。环路滤波应用简单环路滤波器减少块效应。熵编码采用算术编码进行熵编码。VP9编码特点超级块引入64x64超级块，支持灵活的块划分。色彩空间支持更广泛的色彩空间和位深。性能提升相比VP8，提供约50%的比特率节省。VP10编码特点高效压缩目标是比VP9提供50%的比特率节省。HDR支持增强对高动态范围(HDR)内容的支持。AV1整合VP10技术最终被整合到AV1编码标准中。视频编码标准发展趋势更高效率追求更高的压缩率，减少带宽需求。高质量体验支持HDR、广色域、高帧率等先进特性。智能编码利用AI技术优化编码决策和参数选择。新兴编码标准概述AV1开源编码标准，旨在超越HEVC的性能。VVC又称H.266，为8K和VR内容优化。EVC提供基本和增强配置，灵活应对版权问题。LCEVC低复杂度增强视频编码，提高现有编解码器效率。未来视频编码展望1AI驱动编码深度学习优化编码