《视频压缩基础》课件

视频压缩基础欢迎参加视频压缩基础课程本课程将深入探讨视频压缩的核心概念、关键技术和实际应用我们将从基本原理开始，逐步深入到最新的压缩标准和未来发展趋势视频编码的发展历史1980年代1H.261标准诞生，开启了视频压缩的新纪元1990年代2MPEG-1和MPEG-2标准推出，大幅提升了压缩效率2000年代3H.264/AVC成为主流，带来了革命性的压缩性能2010年代至今4VP

9、HEVC和AV1等新标准不断涌现，推动行业向前发展视频压缩的基本原理冗余数据删除空间压缩通过识别和移除视频中的冗余信利用图像内部的相似性来减少数息来减小文件大小据量时间压缩编码优化利用帧与帧之间的相似性来进一使用高效的编码算法来表示压缩步压缩后的数据什么是无损压缩和有损压缩无损压缩有损压缩压缩后的视频可以完全还原为原始视频，不丢失任何信息适用压缩过程中会丢失一些细节信息，但可以达到更高的压缩比在于对质量要求极高的场景，如医疗影像大多数消费级应用中使用，如网络视频视频帧的基本特性分辨率帧率决定了视频的清晰度，通常以像素表每秒显示的画面数，影响视频的流畅示，如1920x1080度，常见如24fps、30fps色彩空间定义了颜色的表示方式，如RGB、YUV等时间冗余和空间冗余时间冗余空间冗余相邻帧之间的相似性，可通过帧单帧内像素之间的相关性，可通间预测来减少过帧内预测来压缩统计冗余数据的统计特性，可通过熵编码来进一步压缩帧间预测和帧内预测帧间预测利用相邻帧的信息来预测当前帧，减少时间冗余运动估计计算帧间物体运动，生成运动向量帧内预测利用当前帧内的相邻像素来预测，减少空间冗余运动补偿技术运动估计1识别帧间物体移动运动向量2描述移动方向和距离块匹配3在参考帧中寻找最佳匹配块残差编码4编码预测误差离散余弦变换变换原理能量集中12将空间域信号转换为频率域表将图像能量集中到低频系数示压缩效果逆变换34丢弃高频系数，实现数据压缩解码时通过IDCT重建图像量化和熵编码量化熵编码将变换系数映射到离散值，实现有损压缩量化步长决定了压缩对量化后的数据进行无损压缩常用方法包括霍夫曼编码和算术率和质量的平衡编码，可以进一步减少数据量视频压缩标准H.261宏块结构116x16像素的基本处理单元帧间预测2使用运动补偿技术DCT变换38x8块的离散余弦变换量化4可调节的量化步长和标准MPEG-1MPEG-2MPEG-1MPEG-2针对CD-ROM存储优化，支持支持高清视频，广泛应用于DVD和数

1.5Mbps比特率字电视压缩技术引入B帧，提高了压缩效率和标准MPEG-4H.264/AVC关键技术MPEG-4H.264/AVC引入对象编码，支持交互式多媒体大幅提升压缩效率，广泛应用于高清视多参考帧、可变块大小、去块滤波等频和标准VP9AV1VP9AV1Google开发的开源视频编码标准，在YouTube等平台广泛使用由开放媒体联盟开发，旨在替代HEVC提供更高的压缩效率，适支持4K和8K分辨率用于流媒体和实时通信视频压缩在应用中的挑战实时性要求带宽限制直播和视频通话对延迟敏感，需移动网络环境下需要适应不同带要快速编解码宽条件设备兼容性画质与码率平衡需要考虑不同终端设备的解码能在有限带宽下保证最佳观看体验力视频压缩性能评估指标压缩比比特率原始视频大小与压缩后大小的比值每秒传输的比特数，通常以Mbps表示画质压缩后视频的主观和客观质量评分客观评价指标和主观评价指标客观评价指标主观评价指标•峰值信噪比（PSNR）•平均意见得分（MOS）•结构相似性（SSIM）•双刺激连续质量量表（DSCQS）•视频多方法评估融合（VMAF）•单刺激连续质量评价（SSCQE）视频质量的主观评价方法测试环境准备评价者选择12控制光线、显示设备和观看距招募有代表性的观众群体离测试方案设计数据收集与分析34选择合适的评分方法和测试序统计处理评分结果，得出结论列视频码率控制技术目标码率设定1根据应用场景确定码率分配2在GOP和帧级别分配比特量化参数调整3动态调整QP值缓冲区管理4控制编码器输出缓冲视频编码的并行化优化数据级并行对独立的宏块或分片进行并行处理任务级并行将编码流程中的不同阶段并行执行波前并行利用宏块间的依赖关系实现流水线并行视频编解码的硬件加速GPU加速专用芯片利用图形处理器的并行计算能力加速ASIC设计，提供高效的硬件编解码能编解码力FPGA可编程硬件，灵活适应不同编码标准视频压缩在移动端的应用低功耗编码自适应码率优化算法以延长电池寿命根据网络条件动态调整视频质量硬件加速实时处理利用移动SoC中的专用编解码器支持移动直播和视频通话应用视频压缩在直播场景的应用低延迟编码1减少端到端延迟动态码率控制2适应网络波动错误恢复3增强传输可靠性画质优化4保证直播内容清晰度视频压缩在虚拟现实中的应用全景视频压缩视点预测高效压缩360度全景视频预测用户视角，优化传输效率分块编码根据视野重要性分块压缩视频压缩在监控领域的应用长时间存储实时分析高压缩比技术，实现海量视频数据的长期存储利用智能分析，低延迟编码，支持实时视频分析和报警结合边缘计算，在摄像只保存关键事件片段头端进行预处理和压缩视频压缩在医疗视频中的应用无损压缩高动态范围保证诊断所需的图像细节准确呈现X光等高对比度图像远程会诊3D医学影像支持高质量实时视频传输压缩和传输三维医学图像数据视频压缩在和未来视频中的5G应用5G网络云端编码利用高带宽低延迟特性，支持8K和将复杂编码任务转移到云端，减轻终VR视频传输端压力AI辅助编码使用深度学习优化编码决策和预测视频压缩技术的发展趋势更高效率智能化端到端优化下一代编码标准如VVC，提供更高压缩深度学习驱动的编码决策和预测考虑网络传输和显示特性的整体优化率视频压缩算法与应用实例分析总结与展望技术融合应用拓展视频压缩与AI、5G等新兴技术在VR/AR、自动驾驶等新领域深度融合广泛应用标准演进绿色节能新一代编码标准不断推出，提升低功耗高效压缩成为未来发展方压缩效率向。