常见视频编码格式与RGB、YUV视频存储格式

TCC8900VPU分析——常见视频编解码格式及RGB和YUV存储格式预研一、常见视频编解码格式1视频文件类别常言道：物以类聚，人以群分。视频文件也不例外，细细算起来，视频文件可以分成两大类：其一是影像文件，比如说常见的VCD便是一例。其二是流式视频文件，这是随着国际互联网的发展而诞生的后起视频之秀，比如说在线实况转播，就是构架在流式视频技术之上的。1.1影像格式日常生活中接触较多的VCD、多媒体CD光盘中的动画……这些都是影像文件。影像文件不仅包含了大量图像信息，同时还容纳大量音频信息。所以，影像文件的“身材”往往不可小觑。1)AVI格式2)MOV格式3)MPEG/MPG/DAT格式1.2流式视频格式目前，很多视频数据要求通过Internet来进行实时传输，前面我们曾提及到，视频文件的体积往往比较大，而现有的网络带宽却往往比较“狭窄”，千军万马要过独木桥，其结果当然可想而知。客观因素限制了视频数据的实时传输和实时播放，于是一种新型的流式视频(StreamingVideo)格式应运而生了。这种流式视频采用一种“边传边播”的方法，即先从服务器上下载一部分视频文件，形成视频流缓冲区后实时播放，同时继续下载，为接下来的播放做好准备。这种“边传边播”的方法避免了用户必须等待整个文件从Internet上全部下载完毕才能观看的缺点。到目前为止，Internet上使用较多的流式视频格式主要是以下三种：1)RM(RealMedia)格式RM格式是RealNetworks公司开发的一种新型流式视频文件格式，它麾下共有三员大将：RealAudio、RealVideo和RealFlash。RealAudio用来传输接近CD音质的音频数据，RealVideo用来传输连续视频数据，而RealFlash则是RealNetworks公司与Macromedia公司新近合作推出的一种高压缩比的动画格式。RealMedia可以根据网络数据传输速率的不同制定了不同的压缩比率，从而实现在低速率的广域网上进行影像数据的实时传送和实时播放。这里我们主要介绍RealVideo，它除了可以以普通的视频文件形式播放之外，还可以与RealServer服务器相配合，首先由RealEncoder负责将已有的视频文件实时转换成RealMedia格式，RealServer则负责广播RealMedia视频文件。在数据传输过程中可以边下载边由RealPlayer播放视频影像，而不必像大多数视频文件那样，必须先下载然后才能播放。目前，Internet上已有不少网站利用RealVideo技术进行重大事件的实况转播。2)MOV文件格式（QuickTime）MOV也可以作为一种流文件格式。QuickTime能够通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能，为了适应这一网络多媒体应用，QuickTime为多种流行的浏览器软件提供了相应的QuickTimeViewer插件（Plug－in），能够在浏览器中实现多媒体数据的实时回放。该插件的“快速启动（FastStart）”功能，可以令用户几乎能在发出请求的同时便收看到第一帧视频画面，而且，该插件可以在视频数据下载的同时就开始播放视频图像，用户不需要等到全部下载完毕就能进行欣赏。此外，QuickTime还提供了自动速率选择功能，当用户通过调用插件来播放QuickTime多媒体文件时，能够自己选择不同的连接速率下载并播放影像，当然，不同的速率对应着不同的图像质量。此外，QuickTime还采用了一种称为QuickTimeVR的虚拟现实（VR，VirtualReality）技术，用户只需通过鼠标或键盘，就可以观察某一地点周围360度的景象，或者从空间任何角度观察某一物体。3)ASF(AdvancedStreamingFormat)格式Microsoft公司推出的AdvancedStreamingFormat(ASF，高级流格式)，也是一个在Internet上实时传播多媒体的技术标准，Microsoft公司的野心很大，希图用ASF取代QuickTime之类的技术标准。ASF的主要优点包括：本地或网络回放、可扩充的媒体类型、部件下载、以及扩展性等。ASF应用的主要部件是NetShow服务器和NetShow播放器。有独立的编码器将媒体信息编译成ASF流，然后发送到NetShow服务器，再由NetShow服务器将ASF流发送给网络上的所有NetShow播放器，从而实现单路广播或多路广播。这和Real系统的实时转播则是大同小异。2常见的视频的编码及封装格式2.1常见视频编码格式常见的编码格式有H.264、H.263、MPEG-1、MPEG-2、MPEG、4、SorensonSpark、VC-1、JPEG、RV、DivX、On2TrueMotionVP6。对于高清视频来说，主流的编码技术目前主要有MPEG-2、DivX、XVID、H264/AVC、VC-1、RMVB和WMV-HD等等。其中，H264/AVC、VC-1、MPEG-2是蓝光（Blu-rayDisc）所选择的编码格式，也是目前最流行的高清视频编码格式。另外就是高清视频的封装格式，封装格式和编码格式是互相区别的，许多人会把它们混淆。下图为常见编码格式的logo：图1.1常见编码格式logo1)H264/X264/AVC编码格式绝大多数视听玩家对于H264编码都不会感到陌生，H264编码的身世显赫，是ITU-T（国际电信联盟视频编码专家组）与ISO/IEC（国际标准化组织动态图像专家组）合作组成的JVT（联合视频组）推动的新一代数字视频编码标准，也称为MPEG-4/AVC编码。H264编码依托雄厚的背景，在技术上独树一帜，大幅领先于其它编码算法。X264编码，是H264编码的一个开源分支，它符合H264标准，其功能在于编码，而不作为解码器使用，X264编码最大的特点在于注重实用，它在不明显降低编码性能的前提下，努力降低编码的计算复杂度，X264对于H264编码中的一些复杂编码特性做了折衷处理，其压缩视频体积小于XVID（MPEG-4）编码视频，以小体积、高画质的特点得到了广泛认可。2)H.263编码格式H.263是国际电联ITU-T的一个标准草案，是为低码流通信而设计的。但实际上这个标准可用在很宽的码流范围，而非只用于低码流应用，它在许多应用中可以认为被用于取代H.261。H.263的编码算法与H.261一样，但做了一些改善和改变，以提高性能和纠错能力。1998年IUT-T推出的H.263＋是H.263建议的第2版，它提供了12个新的可协商模式和其他特征，进一步提高了压缩编码性能。如H.263只有5种视频源格式，H.263＋允许使用更多的源格式，图像时钟频率也有多种选择，拓宽应用范围；另一重要的改进是可扩展性，它允许多显示率、多速率及多分辨率，增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络环境下的传输。另外，H.263＋对H.263中的不受限运动矢量模式进行了改进，加上12个新增的可选模式，不仅提高了编码性能，而且增强了应用的灵活性。H.263已经基本上取代了H.2613)MPEG-1编码格式MPEG-1是MPEG组织制定的第一个视频和音频有损压缩标准。视频压缩算法于1990年定义完成。1992年底，MPEG-1正式被批准成为国际标准。MPEG-1是为CD光碟介质定制的的视频和音频压缩格式。一张70分钟的CD光碟传输速率大约在1.4Mbps。而MPEG-1采用了块方式的运动补偿、离散馀弦变换（DCT）、量化等技术，并为1.2Mbps传输速率进行了优化。MPEG-1随后被VideoCD采用作为核心技术。MPEG-1的输出质量大约和传统录像机VCR，信号质量相当，这也许是VideoCD在发达国家未获成功的原因。4)MPEG-2编码格式MPEG-2编码标准是由MPEG（MovingPictureExpertsGroup）工作组发布的视频与音频压缩国际标准。MPEG-2编码于1994年发布，常用于广播信号（卫星电视、有线电视）的视频和音频编码，经过后期不断修改，不仅成为DVD的核心技术，还应用于HDTV高清电视传输。5)MPEG-4编码格式MPEG4于1998年11月公布，原预计1999年1月投入使用的国际标准MPEG4不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4标准主要应用于视像电话(VideoPhone)，视像电子邮件(VideoEmail)和电子新闻(ElectronicNews)等，其传输速率要求较低，在4800-64000bits/sec之间，分辨率为176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量。6)SorensenSpark编码格式Sorenson编解码器可以指三个专有的视频编解码器：Sorenson视频，Sorenson视频3或SorensonSpark。Sorenson视频也被称为Sorenson视频编解码器，Sorenson视频量化或SVQ。SorensonSpark也被称为H.263或FLV1Sorenson（而且有时误为Flash视频（FLV），这是以AdobeFlash容器格式名称命名）。这两种编解码器的设计由Sorenson媒体公司。Sorenson视频是用在苹果的QuickTime和SorensonSpark在用在AdobeFlash容器中。7)VC-1编码格式WMV（WindowsMediaVideo）作为经久不衰的一种视频编码，一直在不断改进，2003年，微软基于WMV第九版（WMV9）编码技术，正式提出了VC-1编码标准，并于2006年正式成为国际标准。VC-1编码作为较晚推出的高清编码算法，自然吸收了MPEG-2与H264编码的优点，其压缩比介于MPEG2和H264之间，编解码复杂性仅有H264的一半，即压缩时间更短、解码计算更小，在微软的大力推动下，VC-1编码已经得到了BD蓝光光盘、电影及电视学会（SMPTE）的支持。近几年来，为了更好的推广WMV9/VC-1编码标准，微软不遗余力的建立了WMV-HD高清资源站点，大量发布采用VC-1编码压制的720P、1080P宣传片及演示片（WMV-HD视频格式），试图营造声势，吸引用户关注。不过，中庸的技术（与H264相比无明显编码优势）、封闭的平台（限于Windows系统）、后发的劣势（2006年通过成为国际标准）仍然给微软VC-1编码的应用前景带来了较大的不确定性。8)JPEG编码格式JPEG是JointPhotographicExpertsGroup（联合图像专家小组））的缩写。JPEG的压缩方式通常是破坏性资料压缩（lossycompression），意即在压缩过程中图像的品质会遭受到可见的破坏，有一种以JPEG为基础的标准ProgressiveJPEG是采用无失真的压缩方式，但ProgressiveJPEG并没有受到广泛的支援。9)RV编码格式RealVideo格式文件包括后缀名为RA、RM、RAM、RMVB的四种视频格式。RealVideo是一种高压缩比的视频格式，可以使用任何一种常用于多媒体及Web上制作视频的方法来创建RealVideo文件。例如Premiere、VideoShop以及AfterEffects等，对于文件的播放可用realplayer和暴风影音播放。10)DivX编码格式DivX格式，这是由MPEG－4衍生出的另一种视频编码(压缩)标准，也即我们通常所说的DVDrip格式，它采用了MPEG4的压缩算法同时又综合了MPEG-4与MP3各方面的技术，说白了就是使用DivX压缩技术对DVD盘片的视频图像进行高质量压缩，同时用MP3或AC3对音频进行压缩，然后再将视频与音频合成并加上相应的外挂字幕文件而形成的视频格式。其画质直逼DVD并且体积只有DVD的数分之一。这种编码对机器的要求也不高，所以DivX视频编码技术可以说是一种对DVD造成威胁最大的新生视频压缩格式，号称DVD杀手或