要彻底理解视频编码原理,看书都是虚的,需要实际动手,实现一个简单的视频编码器:
知识准备:基本图像处理知识,信号的时域和频域问题,熟练掌握傅立叶正反变换,一维、二维傅立叶变换,以及其变种,dct 变换,快速 dct 变换。
来自知乎问题:http://www.zhihu.com/question/22567173/answer/73610451
第一步:实现有损图像压缩和解压
参考 JPEG原理,将 RGB->YUV,然后 Y/U/V 看成三张不同的图片,将其中一张图片分为 8×8 的 block 进行 dct 变换(可以直接进行二维 dct 变换,或者按一定顺序将 8×8 的二维数组整理成一个 64 字节的一维数组),还是得到一个 8×8 的整数频率数据。于是表示图像大轮廓的低频信号(人眼敏感的信号)集中在 8×8 的左上角;表示图像细节的高频信号集中在右下角。
接着将其量化,所谓量化,就是信号采样的步长,8×8 的整数频率数据块,每个数据都要除以对应位置的步长,左上角相对重要的低频信号步长是 1,也就是说 0-255,是多少就是多少。而右下角是不太重要的高频信号,比如步长取 10,那么这些位置的数据都要 /10,实际解码的时候再将他们 x10 恢复出来,这样经过编码的时候 /10 和解码的时候 x10,那么步长为 10 的信号 1, 13, 25, 37 就会变成规矩的:0, 10, 20, 30, 对小于步长 10 的部分我们直接丢弃了,因为高频不太重要。
经过量化以后,8×8 的数据块左上角的数据由于步长小,都是比较离散的,而靠近右下角的高频数据,都比较统一,或者是一串 0,因此图像大量的细节被我们丢弃了,这时候,我们用无损压缩方式,比如 lzma2 算法(jpeg 是 rle + huffman)将这 64 个 byte 压缩起来,由于后面高频数据步长大,做了除法以后,这些值都比较小,而且比较靠近,甚至右下部分都是一串 0,十分便于压缩。
JPEG 图像有个问题就是低码率时 block 边界比较严重,现代图片压缩技术往往要配合一些 de-block 算法,比如最简单的就是边界部分几个像素点和周围插值模糊一下。
做到这里我们实现了一个同 jpeg 类似的静态图片有损压缩算法。在视频里面用来保存I帧数据。
第二步:实现宏块误差计算
视频由连续的若干图像帧组成,分为 I 帧,P 帧,所谓 I 帧,就是不依赖就可以独立解码的视频图像帧,而 P 帧则需要依赖前面已解码的视频帧,配合一定数据才能生成出来。所以视频中 I 帧往往都比较大,而 P 帧比较小,如果播放器一开始收到了 P 帧那么是无法播放的,只有收到下一个I帧才能开始播放。I 帧多了视频就变大,I 帧少了,数据量是小了,但视频受到丢包或者数据错误的影响却又会更严重。