视频压缩是怎样实现的？视频压缩的基本原理

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视频是利用人眼视觉暂留的原理，通过快速播放一系列的图片，使人眼产生运动的感觉。视频中一张图片对应一帧，视频参数中的帧率表示每秒的帧数，帧率25就表示每秒有25张图片。如果不压缩，视频文件会很大，不方便存储和传播。

视频压缩时要用一种压缩算法减少和去除视频的冗余信息（编码）。播放时，则需要应用对应的解压算法对视频进行还原（解码）。有时我们的视频播放器不能播放某个视频文件，就是因为播放器缺少对应的解码能力。

随着多媒体技术的发展，相继推出了很多压缩编码标准，主要有 M-JPEG、MPEG、H.26X 系列等，其中 H.264 是当前最流行的视频编码标准之一，压缩效率高，支持的播放场景广泛，不用当心哪个手机或播放器不支持。( 新的标准 H.265 压缩效率更高，不过未普及 )

JPEG 是静止图片的压缩标准，就是我们平时压缩 .jpg 图片的标准。M-JPEG 源于 JPEG 的压缩技术，这种压缩方式单独完整地压缩每一帧，可进行精确到帧的编辑。但 M-JPEG 只对帧内的空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，压缩效率不高。

MPEG 的基本原理是对比前后帧，第一帧被压缩图像将被用作参考，第二帧图像中只有与参考帧不同的部分才会被存储。播放时在参考帧图像和“差异数据”的基础上重建所有图像。这样的方法叫“差分编码”（包括H.264在内的大多数视频压缩标准都采用这种方法）。

相比 M-JPEG，MPEG 在帧内空间冗余和帧间的时间冗余上都进行压缩，压缩效率高。MPEG 目前有 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 三个版本，以适应不同带宽和图像质量的要求。

我们常用的 H.264 也称为 MPEG-4 Part 10 或 AVC (高级视频编码)，是 MPEG-4 系列标准中的一个新标准。在不影响图像质量的情况下，与采用 M-JPEG 和 MPEG-4 标准相比，H.264 编码器可以使视频文件大小分别减少80%和50%以上。

差分编码把视频的帧分成不同的类型，例如 I 帧、P 帧和 B 帧：

- I 帧 ( 关键帧，帧内压缩 )是一种自带完整图像信息的独立帧，无需参考其它图像便可独立进行解码，视频序列中的第一个帧始终都是I帧。I帧的缺点在于它们会占用更多的数据量，但I帧不会产生可觉察的模糊现象。

- P 帧 ( 差别帧 )只记录这一帧跟之前的一个关键帧（或P帧）的差别数据，解码时需要参考前一个关键帧（或P帧）画面加上本帧记录的差别，生成最终画面。与I帧相比，P帧通常占用更少的数据量，但由于P帧对前面的P和I参考帧有着复杂的依赖性，因此对传输错误非常敏感。

- B 帧 ( 双向差别帧 )也就是B帧记录的是本帧与前后帧的差别。B帧占用的数据量最少，对参考帧的依赖更强，要缓存后面的参考帧后才能进行解码取得最终画面。

 I、B、P 各帧是根据压缩算法的需要,是人为定义的,它们都是实实在在的物理帧,至于图像中的哪一帧是I帧,是随机的,一但确定了I帧,以后的各帧就严格按规定顺序排列。

一般来说，I帧的压缩率是7%（跟 JPG 差不多），P 帧是20%，B 帧可以达到50%，可见使用 B 帧能节省大量空间，节省出来的空间可以用来保存多一些 I 帧，这样在相同码率下，可以提供更好的画质。

另外如果视频中存在大量物体运动的话，“差分编码” 将无法显著减少数据量 。这时 ,会采用基于块的运动补偿技术。因为视频序列中构成新帧的大量信息都可以在前面的帧中找到,但可能会在不同的位置上。所以 ,这种技术将一个帧分为一系列的块。然后，通过在参考帧中查找匹配块的方式 ，逐块地构建或者“ 预测 ”一个新帧 ( 例如 P 帧 )。如果发现匹配的块，编码器只需要对参考帧中发现匹配块的位置进行编码。与对整块的实际内容进行编码相比，只对块的运动信息进行编码可以减少所占用的数据量。