如何写一个视频编码器演示篇

先前写过《视频编码原理简介》,有朋友问光代码和文字不太真切,能否补充几张图片,今天我们演示一下:

这是第一帧画面:P1(我们的参考帧)

这是第二帧画面:P2(需要编码的帧)

从视频中截取的两张间隔 1-2 秒的画面,和实际情况类似,下面我们参考 P1 进行几次运动搜索:

搜索演示1:搜索 P2 中车辆的车牌在 P1 中最接近的位置(上图 P1,下图 P2)

这是一个演示程序,鼠标选中 P2 上任意 16×16 的 Block,即可搜索出 P1 上的 BestMatch 宏块。虽然车辆在运动,从远到近,但是依然找到了最接近的宏块坐标。

搜索演示2:空中电线交叉位置(上图 P1,下图 P2)

搜索演示3:报刊停的广告海报

同样顺利在 P1 中找到最接近 P2 里海报的宏块位置。

图片全搜索:根据 P1 和运动矢量数据(在 P2 中搜索到每一个宏块在 P1 中最相似的位置集合)还原出来的 P2' ,即完全用 P1 各个位置的宏块拼凑出来最像 P2 的图片P2',效果如下:

仔细观察,有些支离破碎对吧?肯定啊,拼凑出来的东西就是这样,现在我们用 P2` 和 P2 像素相减,得到差分图 D2 = (P2′ -- P2) / 2 + 0x80:

嗯,这就是 P2` 和 P2 两幅图片的不同处,看到没?基本只有低频了!高频数据少到我们可以忽略,这时用有损压缩方式比较差的效果来保存误差图 D2,只要 5KB 的大小。

接着我们根据运动矢量还原的 P2' 以及差分图D2来还原新的 P2,NewP2 = P2′ + (D2 -- 0x80)* 2:

这就是之前支离破碎的 P2` 加上误差 D2 后变成了清晰可见的样子,基本还原了原图P2。

由于 D2 仅仅占 5KB,加上压缩过后的运动矢量不过 7KB,所以参考 P1 我们只需要额外 7KB 的数据量就可以完整表示 P2 了,而如果独立将 P2 用质量尚可的有损压缩方式独立压缩,则至少要去到 50-60KB,这一下节省了差不多 8 倍的空间,这就是所谓运动编码的基本原理。

实际在使用中,参考帧并不一定是前面一帧,也不一定是同一个 GOP 的 I 帧,因为 GOP 间隔较长时,后面的图片离 I 帧变化可能已经很大了,因此常见做法是最近 15 帧中选择一帧误差最小的作为参考帧,虽然彩色画面有 YUV 三个分量,但是大量的预测工作和最有选择通常是根据 Y 分量的灰度帧进行判断的。

再者误差我们保存的是(P2-P2')/2 + 0x80,实际使用时我们会用更有效率的方式,比如让 [-64,64] 之间的色差精度为 1,[-255,-64], [64, 255] 之间的色差精度为 2-3,这样会更加真实一些。

同时上文很多地方用的是直接 lzma2 进行简单存储,实际使用时一般会引入熵编码,对数据进行一定层次的整理然后再压缩,性能会好不少。

现代视频编码中,除了帧间预测,I 帧还使用了大量帧内预测,而不是完全 dct 量化后编码,前面帧间预测我们使用了参考帧的宏块移动拼凑新帧的方式进行,而所谓帧内预测就是同一幅画面中,未编码部分使用已编码部分拼凑而成。。。。。。。

这些说来话就长了,不过此时相信各位理解起 MPEG2 来会发现并不是什么太深奥的东西,MPEG2 的各项规范熟悉了,H.264 也就好说了,读资料的同时自己做一下试验参照理论,应该能轻松很多。

相关推荐
赖small强13 小时前
【音视频开发】Linux UVC (USB Video Class) 驱动框架深度解析
linux·音视频·v4l2·uvc
赖small强13 小时前
【音视频开发】ISP流水线核心模块深度解析
音视频·isp·白平衡·亮度·luminance·gamma 校正·降噪处理
赖small强14 小时前
【音视频开发】Linux V4L2 (Video for Linux 2) 驱动框架深度解析白皮书
linux·音视频·v4l2·设备节点管理·视频缓冲队列·videobuf2
ACP广源盛1392462567318 小时前
GSV2712@ACP#2 进 1 出 HDMI 2.0/Type-C DisplayPort 1.4 混合切换器 + 嵌入式 MCU
单片机·嵌入式硬件·计算机外设·音视频
AI周红伟19 小时前
通义万相开源14B数字人Wan2.2-S2V!影视级音频驱动视频生成,助力专业内容创作
音视频
AI周红伟19 小时前
数字人视频生成:Wan2.2-S2V-14B: 音频驱动的电影视频生成
音视频
EasyCVR20 小时前
智能农业实践:视频融合平台EasyCVR的农业大棚可视化监控方案
音视频
赖small强21 小时前
【音视频开发】CMOS Sensor图像采集原理及Linux主控ISP处理流程
linux·音视频·cmos·isp·v4l2
EasyCVR1 天前
视频汇聚平台EasyCVR助力打造太阳能供电远程视频监控系统
音视频
北极光SD-WAN组网1 天前
如何实现异地视频文件共享?组网技术的深度解析
开发语言·php·音视频