就在幾十年前，手機(jī)的重量超過(guò)了今天的筆記本電腦，家庭影院里充斥著VHS磁帶。將更多數(shù)據(jù)放入更小空間的能力是上個(gè)世紀(jì)最了不起的壯舉之一- 視頻編碼等壓縮技術(shù)使這一切成為可能。

在這篇文章中，我們將了解什么是視頻編碼及其在實(shí)時(shí)視頻交付中的作用。我們還將探討有損壓縮和無(wú)損壓縮之間的差異、用于流式傳輸?shù)某Ｒ?jiàn)視頻編碼格式以及視頻編碼與轉(zhuǎn)碼之間的區(qū)別。

一、什么是視頻編碼

視頻編碼描述了將原始視頻轉(zhuǎn)換為壓縮數(shù)字格式以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)高效交付的過(guò)程。編碼在捕獲視頻流后立即發(fā)生，并且在所有實(shí)時(shí)流式處理工作流中起著至關(guān)重要的作用。編碼器本身可以內(nèi)置到相機(jī)中，但它也可以采用硬件編碼設(shè)備、OBSStudio 等計(jì)算機(jī)軟件或移動(dòng)應(yīng)用程序的形式。

二、為什么需要視頻編碼？

視頻編碼是必不可少的，因?yàn)樵家曨l文件太大而無(wú)法通過(guò)大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)連接發(fā)送。例如，480p（低分辨率）和每秒30 幀的未壓縮視頻的數(shù)據(jù)速率為220Mbps（兆比特每秒），但美國(guó)的平均家庭互聯(lián)網(wǎng)連接的下載速度為189 Mbps，上傳速度為23Mbps。這些大文件甚至不適合DVD或藍(lán)光光盤。這就像將一個(gè)大物體塞進(jìn)直徑只有其一半大小的管子里——更不用說(shuō)當(dāng)分辨率、幀速率和顏色深度更高時(shí)，甚至更加困難。

然而，編碼使得在基本家庭互聯(lián)網(wǎng)上或通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)流式傳輸高清視頻成為可能。如果沒(méi)有視頻編碼，觀看素材的唯一方法是在錄制它的原始設(shè)備上。

三、編碼如何工作？

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捕獲實(shí)時(shí)流后的毫秒內(nèi)，必須縮小數(shù)據(jù)，以便在互聯(lián)網(wǎng)上高效傳輸。通常，流從千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)減少到兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。

視頻編碼軟件和硬件依靠稱為編解碼器的兩部分壓縮工具來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，編解碼器將算法應(yīng)用于視頻和音頻數(shù)據(jù)，以各種可能的方式對(duì)其進(jìn)行壓縮。一旦流到達(dá)觀眾，播放器軟件或機(jī)頂盒中內(nèi)置的視頻解碼器就會(huì)解壓縮數(shù)據(jù)以進(jìn)行播放。

通過(guò)“壓縮”，我們實(shí)際上意味著編碼器的算法丟棄它認(rèn)為無(wú)關(guān)緊要的視覺(jué)數(shù)據(jù)。它可能像素對(duì)積極的視頻體驗(yàn)或其他東西沒(méi)有影響，但與ZIP文件不同，解壓縮視頻不會(huì)恢復(fù)文件原來(lái)的樣子——它會(huì)永遠(yuǎn)改變。

什么是編解碼器

編解碼器是指對(duì)視頻和音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行操作以將其縮小為可流式傳輸大小的壓縮技術(shù)。從字面上看，“編碼器-解碼器”或“壓縮器-解壓縮器”，編解碼器應(yīng)用算法最初壓縮數(shù)據(jù)以進(jìn)行傳輸，然后解壓縮以供查看。

在流式傳輸實(shí)時(shí)視頻時(shí)，視頻和音頻編解碼器都會(huì)發(fā)揮作用。H.264，也稱為AVC（高級(jí)視頻編碼），是最常見(jiàn)的視頻編解碼器。AAC（高級(jí)音頻編碼）是最常見(jiàn)的音頻編解碼器。

與MP3 編解碼器一樣的編碼

為了便于說(shuō)明，讓我們專注于一種您一定會(huì)知道的名稱的音頻壓縮技術(shù)：MPEF-1Audio Layer III，又名.MP3。

MP3編解碼器在1990年代徹底改變了音樂(lè)消費(fèi)。一夜之間，曾經(jīng)裝滿CD的音樂(lè)庫(kù)可以塞進(jìn)手持MP3播放器- 質(zhì)量沒(méi)有明顯變化。

MP3編解碼器通過(guò)丟棄超出人類聽(tīng)覺(jué)限制的所有音頻組件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)輸和存儲(chǔ)。這稱為有損壓縮，是視頻流的基本編碼方法。

有損視頻編碼與無(wú)損視頻編碼

當(dāng)數(shù)據(jù)被壓縮而不丟棄任何信息時(shí)，就會(huì)發(fā)生無(wú)損壓縮。一個(gè)值得信賴的ZIP文件就是這樣做的，允許我們將一堆信息塞進(jìn)少量空間，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。

另一方面，有損壓縮通過(guò)丟棄不必要的數(shù)據(jù)可以大大減小文件大小。在流式傳輸方面，大小很重要，因此必須進(jìn)行有損壓縮。

有損壓縮的目標(biāo)有三個(gè)：

刪除所有人眼或耳朵無(wú)法檢測(cè)到的數(shù)據(jù)

盡可能降低質(zhì)量

快速壓縮所有剩余數(shù)據(jù)

四、實(shí)時(shí)流式傳輸?shù)囊曨l編碼格式

在進(jìn)入我們推薦的編碼格式之前，先簡(jiǎn)要說(shuō)明一下術(shù)語(yǔ)。

視頻編碼格式描述可用的壓縮規(guī)范，而視頻編解碼器描述這些格式的軟件或硬件實(shí)現(xiàn)。就本文而言，這種區(qū)別無(wú)關(guān)緊要。但是，請(qǐng)記住，對(duì)于任何給定的規(guī)范，可能有多個(gè)編解碼器實(shí)現(xiàn)可用。1

事不宜遲，這是我們2021年最受歡迎的格式列表。

推薦的直播編碼格式：

H.264/AVC：H.264是一種高效且廣泛采用的視頻壓縮技術(shù)，非常適合低延遲流媒體工作流程。

VP9：VP9是一種比H.264/AVC更先進(jìn)、更高質(zhì)量的壓縮技術(shù)，比許多替代品具有更高的兼容性，并且適用于4K流媒體。

H.265/HEVC：在向客廳設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)OTT內(nèi)容時(shí)，含版稅的H.265編解碼器是目前可用的最佳編碼格式。

AV1：AV1是最新、最偉大的開(kāi)源視頻編碼技術(shù)，但目前冗長(zhǎng)的編碼時(shí)間會(huì)導(dǎo)致高昂的編碼成本。

五、編碼與轉(zhuǎn)碼：有什么區(qū)別？

當(dāng)然，可以對(duì)視頻進(jìn)行一次編碼，然后再也不碰它。但大多數(shù)流式處理工作流在后面的步驟中利用視頻轉(zhuǎn)碼來(lái)進(jìn)一步處理流。

視頻轉(zhuǎn)碼涉及解壓縮編碼的視頻文件，（通常）對(duì)其進(jìn)行更改，然后重新壓縮（可能采用不同的編碼格式）以交付給最終用戶。此轉(zhuǎn)換過(guò)程可以在媒體服務(wù)器或基于云的流媒體平臺(tái)中進(jìn)行。

以下是編碼和轉(zhuǎn)碼不同的關(guān)鍵領(lǐng)域：

1.編碼首先發(fā)生;轉(zhuǎn)碼發(fā)生在第二位。

就像一個(gè)人必須在翻譯之前寫(xiě)一本書(shū)一樣，流在轉(zhuǎn)碼之前必須經(jīng)過(guò)編碼。

2.編碼是必要的;轉(zhuǎn)碼不是。

如果不進(jìn)行編碼，就無(wú)法通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直播視頻。這種將原始視頻壓縮為數(shù)字格式以便通過(guò)Web高效交付的過(guò)程始終發(fā)生，即使編碼器內(nèi)置于您正在廣播的捕獲設(shè)備中也是如此。

另一方面，視頻轉(zhuǎn)碼不是必須的。大量的工作流程，例如端到端使用WebRTC的工作流程，不需要任何轉(zhuǎn)碼基礎(chǔ)設(shè)施。

編輯：黃飛