視頻壓縮的目標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。視頻壓縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量之比。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像,因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處,但是運(yùn)動的視頻還有其自身的特性,因此在壓縮時還應(yīng)考慮其運(yùn)動特性才能達(dá)到高壓縮的目標(biāo)。在視頻壓縮中常需用到以下的一些基本概念:
一、有損和無損壓縮:在視頻壓縮中有損(Lossy)和無損(Lossless)的概念與靜態(tài)圖像中基本類似。無損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致。多數(shù)的無損壓縮都采用RLE行程編碼算法。有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致。在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息,而且丟失的信息不可恢復(fù)。幾乎所有高壓縮的算法都采用有損壓縮,這樣才能達(dá)到低數(shù)據(jù)率的目標(biāo)。丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān),壓縮比越小,丟失的數(shù)據(jù)越多,解壓縮后的效果一般越差。此外,某些有損壓縮算法采用多次重復(fù)壓縮的方式,這樣還會引起額外的數(shù)據(jù)丟失。
二、幀內(nèi)和幀間壓縮:幀內(nèi)(Intraframe)壓縮也稱為空間壓縮(Spatialcompression)。當(dāng)壓縮一幀圖像時,僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息,這實(shí)際上與靜態(tài)圖像壓縮類似。幀內(nèi)一般采用有損壓縮算法,由于幀內(nèi)壓縮時各個幀之間沒有相互關(guān)系,所以壓縮后的視頻數(shù)據(jù)仍可以以幀為單位進(jìn)行編輯。幀內(nèi)壓縮一般達(dá)不到很高的壓縮。
采用幀間(Interframe)壓縮是基于許多視頻或動畫的連續(xù)前后兩幀具有很大的相關(guān)性,或者說前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn)。也即連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息,根據(jù)這一特性,壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進(jìn)一步提高壓縮量,減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時間壓縮(Temporalcompression),它通過比較時間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。幀間壓縮一般是無損的。幀差值(Framedifferencing)算法是一種典型的時間壓縮法,它通過比較本幀與相鄰幀之間的差異,僅記錄本幀與其相鄰幀的差值,這樣可以大大減少數(shù)據(jù)量。
三、對稱和不對稱編碼:對稱性(symmetric)是壓縮編碼的一個關(guān)鍵特征。對稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計算處理能力和時間,對稱算法適合于實(shí)時壓縮和傳送視頻,如視頻會議應(yīng)用就以采用對稱的壓縮編碼算法為好。而在電子出版和其它多媒體應(yīng)用中,一般是把視頻預(yù)先壓縮處理好,爾后再播放,因此可以采用不對稱(asymmetric)編碼。不對稱或非對稱意味著壓縮時需要花費(fèi)大量的處理能力和時間,而解壓縮時則能較好地實(shí)時回放,也即以不同的速度進(jìn)行壓縮和解壓縮。一般地說,壓縮一段視頻的時間比回放(解壓縮)該視頻的時間要多得多。例如,壓縮一段三分鐘的視頻片斷可能需要10多分鐘的時間,而該片斷實(shí)時回放時間只有三分鐘。
目前有多種視頻壓縮編碼方法,但其中最有代表性的是MPEG數(shù)字視頻格式和AVI數(shù)字視頻格式。