視頻編解碼器

音頻和視頻都需要可定製的壓縮方法。工程師和數學家們嘗試了很多種不同的辦法來試圖解決這個問題。

一個複雜的平衡關係存在於以下因素之間：視頻的質量、用來表示視頻所需要的數據量(通常稱之為碼率)、編碼演演算法和解碼演演算法的複雜度、針對數據丟失和錯誤的魯棒性(Robustness)、編輯的方便性、隨機訪問、編碼演演算法設計的完美性、端到端的延時以及其它一些因素。

在日常生活中，視頻編解碼器的應用非常廣泛。例如在DVD(MPEG-2)中，在VCD(MPEG-1)中，在各種衛星和陸上電視廣播系統中，在網際網路上。在線的視頻素材通常是使用很多種不同的編解碼器進行壓縮的，為了能夠正確地瀏覽這些素材，用戶需要下載並安裝編解碼器包--一種為PC準備的編譯好的編解碼器組件。

由用戶自己來進行視頻的壓縮已經隨著DVD刻錄機的出現而越來越風行。由於商店中販賣的DVD通常容量比較大(雙層)而當前雙層DVD刻錄機還不太普及，所以用戶有時候會對DVD的素材進行二次壓縮使其能夠在一張單面DVD上完整地存儲。

隨著高科技的快速發展，為了滿足了更多領域的需求，高清視頻編解碼器也應運而生。高清視頻編解碼器可應用於：視頻會議、安防監控、醫療示教、課堂錄播、無人值守、庭審系統等各種環境條件下的軟硬體配套服務。

視頻編解碼器設計

一個典型的數字視頻編解碼器的第一步是將從攝像機輸入的視頻從RGB色度空間轉換到YCbCr色度空間，而且通常還伴有色度抽樣來生成4:2:0格式的視頻(有時候在隔行掃描的情況下會採用4:2:2的抽樣方式)。轉換到YCbCr色度空間會帶來兩點好處：1)這樣做部分的解除了色度信號中的相關性，提高了可壓縮能力。2)這樣做將亮度信號分離出來，而亮度信號對視覺感覺是最重要的，相對來說色度信號對視覺感覺就不是那麼重要，可以抽樣到較低的解析度(4:2:0或者4:2:2)而不影響人觀看的感覺。

在真正的編碼之前，對空域或者時域抽樣可以有效地降低原始視頻數據的數據量。

輸入的視頻圖像通常被分割為宏塊分別進行編碼，宏塊的大小通常是16x16的亮度塊信息和對應的色度塊信息。然後使用分塊的運動補償從已編碼的幀對當前幀的數據進行預測。之後，使用塊變換或者子帶分解來減少空域的統計相關性。最常見的變換是8x8的離散餘弦變換(DCT fordiscrete cosine transform)。變換的輸出係數接下來被量化，量化后的係數進行熵編碼並成為輸出碼流的一部分。實際上在使用DCT變換的時候，量化后的二維的係數通常使用Zig-zag掃描將係數表示為一維的，再通過對連續0係數的個數和非0係數的大小(Level)進行編碼得到一個符號，通常也有特殊的符號來表示後面剩餘的所有係數全部等於0。這時候的熵編碼通常使用變長編碼。

解碼基本上執行和編碼的過程完全相反的過程。其中不能被完全恢復原來信息的步驟是量化。這時候，要儘可能接近的恢復原來的信息。這個過程被稱為反量化，儘管量化本身已經註定是個不可逆過程。

視頻編解碼器的設計通常是標準化的，也就是說，有發布的文檔來準確的規範如何進行。實際上，為了使編碼的碼流具有互操作性(即由A編碼器編成的碼流可以由B解碼器解碼，反之亦然)，僅僅對解碼器的解碼過程進行規範就足夠了。通常編碼的過程並不完全被一個標準所定義，用戶有設計自己編碼器的自由，只要用戶設計的編碼器編碼產生的碼流是符合解碼規範的就可以了。因此，由不同的編碼器對同樣的視頻源按照同樣的標準進行編碼，再解碼后輸出圖像的質量往往可能相差很多。

常用的視頻編解碼器

很多視頻編解碼器可以很容易的在個人計算機和消費電子產品上實現，這使得在這些設備上有可能同時實現多種視頻編解碼器，這避免了由於兼容性的原因使得某種佔優勢的編解碼器影響其它編解碼器的發展和推廣。最後我們可以說，並沒有哪種編解碼器可以替代其它所有的編解碼器。下面是一些常用的視頻編解碼器，按照它們成為國際標準的時間排序：

MPEG-1第二部分

MPEG-1第二部分主要使用在VCD上，有些在線視頻也使用這種格式。該編解碼器的質量大致上和原有的VHS錄像帶相當，但是值得注意的是VCD屬於數字視頻技術，它不會像VHS錄像帶一樣隨著播放的次數和時間而逐漸損失質量。如果輸入視頻源的質量足夠好，編碼的碼率足夠高，VCD可以給出從各方面看都比VHS要高的質量。但是為了達到這樣的目標，通常VCD需要比VHS標準要高的碼率。實際上，如果考慮到讓所有的VCD播放機都可以播放，高於1150kbps的視頻碼率或者高於352x288的視頻解析度都不能使用。大體來說，這個限制通常僅僅對一些單體的VCD播放機(包括一些DVD播放機)有效。MPEG-1第三部分還包括了如今常見的*.mp3音頻編解碼器。如果考慮通用性的話，MPEG-1的視頻/音頻編解碼器可以說是通用性最高的編解碼器，幾乎世界上所有的計算機都可以播放MPEG-1格式的文件。幾乎所有的DVD機也支持VCD的播放。從技術上來講，比起H.261標準，MPEG-1增加了對半像素運動補償和雙向運動預測幀。和H.261一樣，MPEG-1隻支持逐行掃描的視頻輸入。

MPEG-2第二部分

MPEG-2第二部分等同於H.262，使用在DVD、SVCD和大多數數字視頻廣播系統和有線分佈系統(cable distribution systems)中。當使用在標準DVD上時，它支持很高的圖像質量和寬屏；當使用在SVCD時，它的質量不如DVD但是比VCD高出許多。但是不幸的是，SVCD最多能在一張CD光碟上容納40分鐘的內容，而VCD可以容納一個小時，也就是說SVCD具有比VCD更高的平均碼率。MPEG-2也將被使用在新一代DVD標準HD-DVD和Blu-ray(藍光光碟)上。從技術上來講，比起MPEG-1，MPEG-2最大的改進在於增加了對隔行掃描視頻的支持。MPEG-2可以說是一個相當老的視頻編碼標準，但是它已經具有很大的普及度和市場接受度。

MPEG-4第二部分

MPEG-4第二部分標準可以使用在網路傳輸、廣播和媒體存儲上。比起MPEG-2和第一版的H.263，它的壓縮性能有所提高。和之前的視頻編碼標準的主要不同點在於，“面向對象”(Object-oriented)的編碼方法和一些其它並非用於提高通常視頻編碼壓縮率的技術。當然它也引入了一些提高壓縮能力的技術，包括一些H.263的技術和1/4像素的運動補償。和MPEG-2一樣，它同時支持逐行掃描和隔行掃描。

MPEG-4第十部分

MPEG-4第十部分技術上和ITU-T H.264是相同的標準，有時候也被叫做“AVC”)。這個剛剛制定完成的標準是ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG合作完成的性能最優的視頻編碼標準，並且在已經得到了越來越多的應用。該標準引入了一系列新的能夠大大提高壓縮性能的技術，並能夠同時在高碼率端和低碼率端大大超越以前的諸標準。已經使用和將要使用H.264技術的產品包括例如索尼公司的PSP，Nero公司的Nero Digital 產品套裝，蘋果公司的Mac OS X v10.4，以及新一代DVD標準HD-DVD和藍光光碟(Blu-ray)。

261

H.261主要在老的視頻會議和視頻電話產品中使用。H.261是由ITU-T開發的，第一個使用的數字視頻壓縮標準。實質上說，之後的所有的標準視頻編解碼器都是基於它設計的。它使用了常見的YCbCr顏色空間，4:2:0的色度抽樣格式，8位的抽樣精度，16x16的宏塊，分塊的運動補償，按8x8分塊進行的離散餘弦變換，量化，對量化係數的Zig-zag掃描，run-level符號影射以及霍夫曼編碼。H.261隻支持逐行掃描的視頻輸入。

262

H.262 是ITU-T的一個數字視頻編碼標準，屬於視頻編解碼器。H.262在技術內容上和ISO/IEC的MPEG-2視頻標準(正式名稱是ISO/IEC 13818-2)一致。

263

H.263主要用在視頻會議、視頻電話和網路視頻上。在對逐行掃描的視頻源進行壓縮的方面，H.263比它之前的視頻編碼標準在性能上有了較大的提升。尤其是在低碼率端，它可以在保證一定質量的前提下大大的節約碼率。

264

H.264，同時也是MPEG-4第十部分，是由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC動態圖像專家組（MPEG）聯合組成的聯合視頻組（JVT，Joint Video Team）提出的高度壓縮數字視頻編解碼器標準。

AVS

AVS是中國制定的音視頻壓縮編碼標準，故準確來說，其不僅僅包括視頻編碼標準。它最主要的目的是通過採用與H.264不同的專利授權方式，來避免付出大筆的專利授權費用。在技術上，AVS的視頻編碼部分採用的技術與H.264非常相似，但採取了一些簡化措施。這樣做，其一可以迴避一些非必要專利，另外據稱也可以在幾乎不影響編碼壓縮效率的基礎上，提高編解碼速度。

DivX，XviD和3ivx

DivX，XviD和3ivx視頻編解碼器基本上使用的都是MPEG-4第二部分的技術，以後綴*.avi, *.mp4, *.ogm 或者*.mkv 結尾的文件有一部分是使用這些視頻編解碼器的。

WMV

WMV（Windows Media Video）是微軟公司的視頻編解碼器家族，包括WMV 7、WMV 8、WMV 9、WMV 10。這一族的編解碼器可以應用在從撥號上網的窄帶視頻到高清晰度電視(HDTV)的寬頻視頻。使用Windows Media Video用戶還可以將視頻文件刻錄到CD、DVD或者其它一些設備上。它也適用於用作媒體伺服器。WMV 可以被看作是MPEG-4的一個增強版本。最新的WMV的版本是正在SMPTE制定中的VC-1標準。WMV-9（VC-1，開發代號為“Corona”）剛推出的時候稱為VC-9，之後才被電影電視工程師協會(SMPTE)改稱為VC-1（VC指Video Codec）。技術上，VC-1也與H.264有諸多相似之處。

RealVideo

RealVideo是由RealNetworks公司開發的視頻編解碼器。近幾年曾經有段時間的低迷，之後又獲得市場的青睞。尤其在BT電影界格外受寵。

Sorenson

Sorenson 3是由蘋果公司的軟體QuickTime使用的一種編解碼器。很多網際網路上的QuickTime格式的視頻都是這種編解碼器壓縮的。

Sorenson Spark是Flash MX內置的運動視頻編解碼器

Cinepak

Cinepak同樣是由蘋果公司的軟體QuickTime使用的一種很老的編解碼器，好處是即使很老的計算機(如486)也都支援並且能順利播放。

Indeo Video

Indeo Video Indeo Video 是由Intel 所研發的編解碼器。

上面提到的編解碼器都有各自的優點和缺點，經常可以看到有對這些編解碼器進行比較的文章，這時候最重要的同時考慮編碼的碼率和清晰度(常說的律失真特性，魯棒性)。

MainConcept H.264

高清視頻編解碼器

按照編碼器支持的解析度可以把編碼器分成標清編碼器（720X480及以下，PAL制幀率最高為50， NTSC制幀率最高為60），高清編碼器（1280X720及以下PAL制幀率最高為50， 1920X1080PAL制幀率最高為25），全高清編碼器（1920X1080PAL制幀率最高為50，NTSC制幀率最高為60），解析度越高幀率越高視頻就越清楚。

視頻編碼器延時長短是編碼器的性能指標之一。編碼延時越短用起來越方便。當前市場上的視頻編碼器編碼延時大小一般為100毫秒到800毫秒之間。

碼流控制演演算法做為評價視頻壓縮一項重要指標。視頻碼流控制的目的是利用有限的網路帶寬儘可能傳輸好的圖像視頻。隨著H.264視頻壓縮的普及應用，北京拓撲威視對H.264碼流控制分別從多幀級別（Multi-frame level），單幀級別（Frame level.）及宏快級別（Macro-block level）展開了全方位廣泛的研究，結合實際工程應用，把H.264碼流控制演演算法做到晶元里，實現了H.264全高清產品化和工程化。

TVI-4000全高清H.264編碼器編碼延時為1毫秒，碼流控制偏差在5%以內，編碼碼流可以用VLC標準播放器軟體回放

1、高清嵌入式編解碼器-BE/HVX18100

BE/HVX18100 高清嵌入式解碼器是由圖美視訊研發的新一代主流高清視頻編解碼器。本產品主要針對較大規模、專業級數字視頻系統應用而設計的專業設備，解決了視頻一級低速率數據的編解碼、復用以及網路傳輸，更具有功耗低，數據處理能力強、介面豐富等優點，很好地滿足了實時系統控制、工業自動化、實時數據採集、軍事系統等有嚴格要求及高可靠性的重要設備的需求。

主要特性

· 全高清視頻實時編碼

· 支持2路全高清1080P60視頻實時編碼

· 支持2路VGA輸入、2路VGA輸出介面

· 支持2路HDMI 高清輸入、2路HDMI輸出介面

· 友好的使用界面以及便於操作的菜單系統

· USB2.0介面，可插入U盤用於臨時視頻碼流存儲

· SATA介面，用於本地視頻存儲，適合DVR場合使用

技術規格和性能指標

· 視頻編碼支持MPEG4-10 AVC Base line 最高1080P 60幀每秒編碼，

· 雙路千兆乙太網音視頻傳輸。

外形結構

應用領域

可以廣泛應用在通訊、網路，也適合實時系統控制、產業自動化、實時數據採集、軍事系統等需要高速運算、智能交通、航空航天、醫療器械、水利等模塊化及高可靠度、可長期使用的應用領域。此外還適合課堂錄播系統，醫療，雷達等儀器視頻記錄系統。

各種有線、無線網路環境的視頻通訊傳輸應用。

2、SDI高清編解碼器-BX/SHX24100

虹圖-BX/SHX24100HD-SDI高清編解碼器主要是針對消費類和工業H.264編碼器要求，由北京圖美視訊科技有限公司自主研發的一款H.264高清編解碼音視頻監錄系統，提供最佳的高清視頻質量。系統採用嵌入式系統，可免受病毒的侵入。可用於多媒體錄播系統、高清視頻傳輸系統、高清視頻監控等。

功能簡介：

1、多路支持

2/4路HD-SDI視頻輸入;

2/4路路HDMI視頻輸出。

2、全高清畫質

採用H.264視頻壓縮演演算法，實現了1080P高質量的畫質；幀率最高達到60幀/秒。

3、高幀率

可自行定製幀率。1080P最大60幀每秒，充分適合各種高速運動場景視頻攝像。

4、多解析度支持

支持電視制式的解析度從1080P至CIF，VGA制式解析度從QVGA(320x240)至UXGA(1600x1200)。

5、高壓縮比

編碼器支持 300K-40Mbps 動態碼流編碼，傳輸碼率可按實際需求調節，視頻編碼參數可調節。

6、超低編碼延時

採用專用的視頻處理晶元，端到端傳輸時延小於40ms。

7、豐富資源的SDK開發包

多操作系統支持：Windows，Linux，VxWorks，TI DSP-BIOS

全功能API支持：支持所有板卡資源訪問及數據輸入輸出

多網路協議支持：UDP、RTSP/RTP、RTMP傳輸

多存儲格式支持：支持視頻編碼數據存儲為MP4及MPEG2 TS格式

適用於：

可以廣泛應用在通訊、網路，也適合實時系統控制、產業自動化、實時數據採集和軍事系統等需要高速運算、智能交通、航空航天、醫療器械、水利等模塊化、高可靠度、可長期使用的應用領域。主要用於體育場，高速公路、市內交通等的視頻編碼記錄系統，此款設備也適合無人值守系統。

各種有線、無線網路環境的視頻通訊傳輸應用。

3、無線全高清音視頻傳輸編碼卡-CE/SXX011006W

虹圖無線全高清音視頻傳輸編碼卡-CE/SXX011006W是北京圖美視訊推出的一款支持有線和無線網路傳輸的全高清音視頻編碼卡，實現在“高速運動中、非視通條件下”語音、數據、圖像等實時接收和轉發，擴大無線傳輸範圍和距離。本產品可以極大地降低無線傳輸通道中產生的誤差對視頻質量的影響，即使在雜訊環境中也能產生良好的圖像質量，可實現高質量、低等待時間的無線HD娛樂應用和家庭中的高質量、低成本的無線HD或SD(標準清晰度)視頻傳輸。同時適用於無人機和ip攝像機。

功能簡介：

1、網路傳輸

支持有線，無線網路環境的音視頻通訊傳輸應用;

2、MINI PCI-E擴展槽

支持各種基於PCI-E的應用功能卡，如無線WIFI卡，3G、4G通訊卡等;

3、全高清畫質

採用H.264視頻壓縮演演算法，實現1080P高質量的畫質；幀率最高達到60幀/秒。

4、高幀率

可自行定製幀率，1080P最大60幀/秒，充分適合高速運動場景視頻攝像。

5徠、多解析度支持

支持電視制式的解析度從1080P至480i，VGA制式解析度從VGA(640×480)至WUVGA(1920×1200)，不少於18種解析度。

6、高壓縮比

編碼卡支持300K～40Mbps動態碼流編碼；傳輸碼率，視頻編碼參數可按實際需求調節。

7、編碼延遲小

採用專用的視頻處理晶元，端到端傳輸時延小於或等於2幀(如60fps 時小於35ms)。

8、高清數字介面

輸入HD-SDI介面

9、音頻輸入

音頻編碼：可定製

音頻採樣率：48K

音頻帶寬：32Kbps～256Kbps

10、USB介面：

可插入U盤用於臨時音視頻碼流存儲

11、豐富資源的SDK開發包

多網路協議支持：UDP、RTP傳輸;

廣電傳輸支持：支持視頻編碼 TS流網路傳輸。

應用領域

可以廣泛應用在通訊、網路，也適合實時系統控制、產業自動化、實時數據採集、軍事系統等需要高速運算、智能交通、航空航天、醫療器械、水利等模塊化應用，高可靠度、可長期使用的應用領域。各種有線、無線網路環境的視頻通訊傳輸應用。

4、8路HD-SDI高清編解碼器-BX/SHX481006

虹圖-BX/SHX481006 HD-SDI高清編解碼器是北京圖美視訊自主研發生產的一款支持H.264高清編解碼的音視頻監錄系統。本產品提供最佳的高清視頻質量。系統採用嵌入式系統構架，免受病毒侵入。可用於多媒體錄播系統、高清視頻傳輸系統和高清視頻監控系統等。

【規格】

輸入介面：4個HD-SDI介面

輸出介面：4個HDMI介面

其他介面：2個USB2.0介面，1個VGA介面，4個RS232介面

網路介面：1個RJ45千兆乙太網介面

機 箱：標準1U機箱

電 源：AC220V

環 境：溫度：0℃~70℃ 濕度：85%RH 以下

外形尺寸：480×360×44(寬×深×高(mm))

【功能簡介】

1、多路支持：支持4-8路HD-SDI視頻輸入；支持4-8路HDMI視頻輸出。

2、全高清畫質：全高清音視頻實時編碼採用H.264視頻壓縮演演算法，實現了1080P高質量的畫質，幀率最高可達60幀/秒。

3、高 幀 率：可自行定製幀率。1080P最大60幀/秒，充分適合各種高速運動場景的視頻攝像。

4、支持多解析度：支持電視制式的解析度從1080P至CIF。

5、高壓縮比：編碼器支持300K～40Mbps動態碼流編碼；傳輸碼率，視頻編碼參數可按實際需求調節。

6、超低編碼延時：採用專用的視頻處理晶元，端到端傳輸時延小於或等於2幀(如60fps 時小於40ms)。

7、豐富資源的SDK開發包

全功能API支持：支持所有板卡資源訪問及數據輸入輸出;

多網路協議支持：支持UDP、RTSP/RTP、RTMP傳輸;

多存儲格式支持：支持視頻編碼數據存儲為MP4和MPEG2 TS格式。

【應用範圍】

可以廣泛適用於通訊、網路。實時系統控制、產業自動化、實時數據採集、軍事系統等需要高速運算的行業；智能交通、航空航天、醫療器械、水利等高模塊化，高可靠度、可長期使用的應用領域；體育場、高速公路、市內交通等的視頻編碼記錄系統；此款設備也適用於無人值守系統。各種有線、無線網路環境的視頻通訊傳輸應用。