視頻編解碼器原理

視頻處理發(fā)端的圖像信號是由攝像機(jī)提供的復(fù)合模擬信號，經(jīng)過數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換，分離出的亮度(灰度)信號和兩個色度信號，如圖3—3所示。這三路信號經(jīng)A/D變換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，每個像素點為8bit。預(yù)處理的目的是消除信號中的背景噪聲，從而利于提高圖像的清晰度。數(shù)字化后信號經(jīng)預(yù)處理，濾除信號中的噪聲，進(jìn)入CIF格式變換電路，成為CIF標(biāo)準(zhǔn)格式，然后進(jìn)入信源編碼器進(jìn)行圖像壓縮編碼。預(yù)處理的目的是消除信號中的背景噪聲，從而利于提高圖像的清晰度。當(dāng)然，預(yù)處理還可解決亮度與色度信號串?dāng)_，減小疊折干擾的作用。

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視頻編解碼器

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視頻編解碼器，是指一個能夠?qū)?shù)字視頻進(jìn)行壓縮或者解壓縮的程序或者設(shè)備。其中，前端負(fù)責(zé)高清圖像的采集，傳輸負(fù)責(zé)高清圖像的輸送，后端負(fù)責(zé)高清圖像的存儲，中心負(fù)責(zé)高清圖像的顯示和業(yè)務(wù)的管理。通常這種壓縮屬于有損數(shù)據(jù)壓縮。在以前，視頻信號是以模擬形式存儲在磁帶上的。隨著Compact Disc的出現(xiàn)并進(jìn)入市場，音頻信號以數(shù)字化方式進(jìn)行存儲，視頻信號也開始使用數(shù)字化格式，一些相關(guān)技術(shù)也開始隨之發(fā)展起來。

編解碼器處理能力和高畫質(zhì)的解決方案

當(dāng)說到硬編碼器時，腦海中default的應(yīng)用場景是直播，并且是直連信號源（攝像機(jī)或者通過contribution編碼器送過來的解碼視頻）。近期，學(xué)界已經(jīng)提出了一些用深度學(xué)習(xí)對HEVC進(jìn)行編碼提升的研究工作，不過大多集中在環(huán)內(nèi)濾波或后處理方面，還是屬于模塊級提升，沒有結(jié)構(gòu)突破，無EndtoEnd學(xué)習(xí)能力。在這種應(yīng)用中，受限于時延和線性快編，留給編碼器時間窗口比較短，加之硬件編碼器計算和buffer資源有限，像multipass、lookahead等一些復(fù)雜的編碼優(yōu)化手段就會disable掉，因此壓縮效率會受限。軟件編碼器的應(yīng)用場景更多的是點播或者延遲直播，并且可以部署在彈性的云上，如果并行擴(kuò)展性設(shè)計的好的話，一些復(fù)雜編碼模式都可以開啟，壓縮能力能夠充分施展，壓縮效率自然更好。

此外，當(dāng)我們說到畫質(zhì)的時候，其實更多的說的是重建視頻的主觀感受，并不是我們優(yōu)化編碼器時通常使用的PSNR（或者SSIM等）。對于特定的視頻幀，無論是那個metric，碼率或者QP的變化，畫質(zhì)的相對變化都能直接反應(yīng)出來。如果保留數(shù)據(jù)流的原始品質(zhì)比削減相應(yīng)的更大數(shù)據(jù)更加重要，那么無損壓縮更佳。難在不同內(nèi)容的視頻，人對畫質(zhì)的感受是很implict的，從不好到好的刻度是不均勻和非線性的。這給編碼器優(yōu)化帶來了較大的自由度，也是各位編碼老鐵們發(fā)揮的空間。窄帶高清，per-title，感知編碼、視覺優(yōu)化、內(nèi)容自適應(yīng)等都是工作在這個區(qū)間。我們常說，編碼既是技術(shù)（Tech）也是藝術(shù)（Art），這里面有很多know-how的tricks，有工匠精神的老司機(jī)們往往更勝一籌。舉個例子，我們曾對國外一款商業(yè)編碼器和 x265，HM進(jìn)行過對比測試，單看PSNR，商業(yè)編碼器比不過HM，甚至x265，但是在體育比賽，歌舞晚會等實際場景中，畫面的均勻性和一致性等主觀方面（如畫面之間閃爍性低），商業(yè)編碼器優(yōu)勢明顯。

另外補(bǔ)充一點，畫質(zhì)的好壞不只取決于編解碼本身，預(yù)處理和后處理也很十分重要，甚至帶來的畫質(zhì)提升效果要大于編碼優(yōu)化本身。

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