全面解读各类高清视频格式

    什么才是高清?很多人会毫不犹豫的告诉我“1080P”,深入下问,高清的格式是什么呢?下面小编就给朋友们列举高清格式,让大家对高清有更深一步的认识。

    对于高清视频来说,主流的技术目前主要有MPEG-2、Divx、Xvid、H.264和VC-1。其中MPEG-2、H.264和VC-1是被HDDVD和蓝光DVD共同选择的三种编码格式,也因此最受瞩目。因为技术规格的优劣、以及授权费用的多寡,让这几种编码格式被使用的范围也不同。

一、家喻户晓:H.264/X264

  绝大多数视听玩家对于H.264编码都不会感到陌生,H.264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。

  H.264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。下面,笔者尝试用较为通俗的方式解释H.264编码的四大技术特点。

  1. 分层设计:H.264编码算法分为视频编码与网络提取两个层面,分别负责高编码效率和网络友好性,即:两队人马独立完成视频处理与网络传送两项工作,保证整个任务的灵活、高效与专业。

  2. 高精度、多模式运动估计:H.264支持1/4或1/8像素精度的运动矢量,在运动估计时,编码器可选择增强内插滤波器来提高预测效果,即:H.264对视频像素进行精确、细腻的降噪处理,并可以根据已编码的视频帧(画面),对相邻视频帧(画面)进行预测和修正,最大限度实现视频的清晰、准确。

  3. 4×4块的整数变换:对残差采用基于块的变换编码,在编码器和解码器中允许精度相同的变换和反变换,对色度系数采用了较小量化步长,即:更加精确的识别视频中的运动物体,减少运动物体的边缘失真与色块,并使视频色彩更加逼真。

  4. 统一的VLC符号编码,H.264中熵编码有两种方法,解码器易于识别码字前缀,UVLC在发生比特错误时能快速获得重同步,即:编码算法的纠错与容错性较好。

 在四大技术特点的支撑下,H.264编码算法具有非常高的编码效率,在相同的图像质量条件下,能够比H.263/MPEG-2节约50%左右的码率,即文件体积减小50%,并且,H.264的纠错能力增加,网络适应性更强。

  X264编码,是H.264编码的一个开源分支,它符合H.264标准,其功能在于编码(encoding),而不作为解码器(decoder)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H.264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(MPEG4)编码视频,以小体积、高画质的特点得到了很多网友的认可。

  H.264与X264目前大多采用MKV封装格式,这是一种新兴的多媒体封装格式/容器,可以将各类视频编码、16条或以上不同格式的音频和语言不同的字幕封装在一个文件内,它具有开放源代码、音视频编码丰富、网络亲和性好等优势,已经得到众多视频压制组和玩家的支持,正逐渐成为高清视频的主流视频格式。

二、成熟框架:MPEG-2/MPEG-4

  MPEG-2/MPEG-4编码标准,是由MPEG工作组(Moving Picture Experts Group)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。

  MPEG-2编码压缩技术的特点是:1、去除空间冗馀,即:识别视频画面中的重要元素,移除重复、基本无影响、人眼容易忽略的元素;2、去除空间冗馀,即:利用视觉暂留现象,去除时间轴上相似视频画面的冗馀,进行视频压缩;3、可变比特率,即:根据动态画面的复杂程度,适时调整数据传输率/比特率,实现适合一致的编码效果与流畅均衡的视频效果,在DVD应用中,其最大比特率可达10.4Mbit/S。

  由于MPEG-2编码的压缩率较低,它主要用于DVD片源标准(720*480分辨率/NTSC制式、720*576/PAL制式),在DVD标准下,MPEG-2编码的视频文件主要采用MPG、MPE、MPEG、M2V与VOB格式。

  对于720P/1080P高清视频而言,MPEG-2编码压缩的文件体积较大(120分钟时长、体积20GB以上),在HDTV标准下,MPEG-2编码的视频文件主要采用TP和TS封装格式。其中,TS格式是一种较为先进的封装格式,BD蓝光原盘即采用TS封装,它在视频和音频打包时提供时间戳,保证了任何时间段(分离)的音画同步,TS封装支持几乎所有编码的高清视频和音轨编码,视频编码包括MPEG2、H.264/MPEG4-AVC、VC-1,音频编码包括杜比AC3、TrueHD、DTS、DTS-HD等。

  MPEG-4编码于1998年发布,它继承了MPEG-2编码的优势,进一步优化了压缩率,改进了网络传输性,加强了版权保护与字幕、音轨的支持,并大幅扩展和延伸了多领域的应用框架,它不仅应用于语音传输(可视电话)、网络视频、光盘存储与电视广播,而且发展出一系列子标准。

  其中,MPEG-4 Part2标准便是十分常见的Divx、Xvid编码,它们(尤其是较新的Xvid编码)多用于压制DVDRip、AVI或MP4格式的视频文件,而MPEG-4 Part10标准就是前文提到的H.264/AVC编码,其技术特点不再赘述,现在,MPEG-4 已修订至Part20标准,还在不断完善。

三、后起之秀:VC-1

  WMV(Windows Media Video)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H.264编码的优点,其压缩比介于MPEG2和H.264之间,编解码复杂性仅有H.264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。同时,在BD蓝光光盘领域,VC-1编码与电影/剧集的合作势头也渐趋猛烈,与电脑硬件厂商的合作也在加快VC-1编码的推广,可见,财大气粗的微软正在加快VC-1编码的圈地运动。

  不过,中庸的技术(与H.264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,能否推翻H.264这座大山,尚需实践检验。