國(guó)際上音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)主要兩大系列

AVS(Audio Video coding Standard)即數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為中國(guó)第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)，此編碼技術(shù)主要解決數(shù)字音視頻海量數(shù)據(jù)(即初始數(shù)據(jù)、信源)的編碼壓縮問(wèn)題，故也稱數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)。

AVS工作組即數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組(Audio Video coding Standard Workgroup of China)由國(guó)家原信息產(chǎn)業(yè)部科學(xué)技術(shù)司于2002年6月批準(zhǔn)成立。工作組的任務(wù)是：面向我國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)需求，聯(lián)合國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，制(修)訂數(shù)字音視頻的壓縮、解壓縮、處理和表示等共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)字音視頻設(shè)備與系統(tǒng)提供高效經(jīng)濟(jì)的編解碼技術(shù)，服務(wù)于高分辨率數(shù)字廣播、高密度激光數(shù)字存儲(chǔ)媒體、無(wú)線寬帶多媒體通訊、互聯(lián)網(wǎng)寬帶流媒體等重大信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。自AVS工作組2002年成立以來(lái)，至今，已制定了兩代AVS標(biāo)準(zhǔn)。

AVS標(biāo)準(zhǔn)工作簡(jiǎn)況與進(jìn)展：AVS是我國(guó)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。顧名思義，”信源”是信息的”源頭”，信源編碼技術(shù)解決的重點(diǎn)問(wèn)題是數(shù)字音視頻海量數(shù)據(jù)(即初始數(shù)據(jù)、信源)的編碼壓縮問(wèn)題，故也稱數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)。顯而易見(jiàn)，它是其后數(shù)字信息傳輸、存儲(chǔ)、播放等環(huán)節(jié)的前提，因此是數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)的共性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)際上音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)主要兩大系列：ISO/IEC JTC1制定的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)；ITU針對(duì)多媒體通信制定的H.26x系列視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和G.7系列音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。1994年由MPEG和ITU合作制定的MPEG-2是第一代音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的代表，也是目前國(guó)際上最為通行的音視頻標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)十年多演變，音視頻編碼技術(shù)本身和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用背景都發(fā)生了明顯變化，后起之秀輩出。目前音視頻產(chǎn)業(yè)可以選擇的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)有五個(gè)：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC(簡(jiǎn)稱AVC，也稱JVT、H.264)、HEVC、AVS。從制訂者分，前四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是由MPEG專家組完成的，第五個(gè)是我國(guó)自主制定的。從發(fā)展階段分，MPEG-2是第一代信源標(biāo)準(zhǔn)，其余四個(gè)為第二代標(biāo)準(zhǔn)。從主要技術(shù)指標(biāo)----編碼效率比較：MPEG-4是MPEG-2的1.4倍，第一代AVS和AVC相當(dāng)，都是MPEG-2兩倍以上。第二代AVS2編碼效率比第一代標(biāo)準(zhǔn)提高了一倍以上，壓縮效率超越最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)HEVC(H.265)。

可以推測(cè)，由于技術(shù)陳舊需要更新及收費(fèi)較高等原因，MPEG-2即將退出歷史舞臺(tái)。MPEG-4出臺(tái)的新專利許可政策被認(rèn)為過(guò)于苛刻令人無(wú)法接受，導(dǎo)致被眾多運(yùn)營(yíng)商圍攻，陷入無(wú)法推廣產(chǎn)業(yè)化的泥沼而無(wú)力自拔，前途未卜。而AVS是基于我國(guó)創(chuàng)新技術(shù)和部分公開(kāi)技術(shù)的自主標(biāo)準(zhǔn)，第一代AVS編碼效率比MPEG-2高2-3倍，與AVC相當(dāng)，技術(shù)方案簡(jiǎn)潔，芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，達(dá)到了第二代標(biāo)準(zhǔn)的最高水平；而且，AVS通過(guò)簡(jiǎn)潔的一站式許可政策，解決了AVC專利許可問(wèn)題死結(jié)，是開(kāi)放式制訂的國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，易于推廣；第二代AVS2編碼效率比第一代標(biāo)準(zhǔn)提高了一倍以上，壓縮效率超越最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)HEVC(H.265)。此外，AVC僅是一個(gè)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，而AVS是一套包含系統(tǒng)、視頻、音頻、數(shù)字版權(quán)管理在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，為數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)提供更全面的解決方案。綜上所述，AVS可稱第二代信源標(biāo)準(zhǔn)的上選。

第一代AVS標(biāo)準(zhǔn)制訂起始于2002年，指系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《信息技術(shù) 先進(jìn)音視頻編碼》(簡(jiǎn)稱AVS1，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)GB/T 20090)和廣電系列標(biāo)準(zhǔn)《廣播電視先進(jìn)音視頻編解碼》(簡(jiǎn)稱AVS+)。AVS1包括系統(tǒng)、視頻、音頻、數(shù)字版權(quán)管理等四個(gè)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和符合性測(cè)試等支撐標(biāo)準(zhǔn)，目前共14個(gè)部分。GB/T 20090視頻標(biāo)準(zhǔn)于2006年2月頒布，目前GB/T 20090系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已頒布9項(xiàng)。針對(duì)廣電應(yīng)用制訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《廣播電視先進(jìn)音視頻編解碼 第1部分：視頻》于2012年7月獲批為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行標(biāo)號(hào)為GY/T 257.1----2012，簡(jiǎn)稱AVS+。

第二代AVS標(biāo)準(zhǔn)包括系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《信息技術(shù) 高效多媒體編碼》(簡(jiǎn)稱AVS2)，AVS2主要面向超高清電視節(jié)目的傳輸，定位在引領(lǐng)未來(lái)五到十年數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并爭(zhēng)取為相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定發(fā)揮關(guān)鍵作用。在第一代AVS推廣應(yīng)用的同時(shí)，AVS技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)工作在積極推進(jìn)，第二代標(biāo)準(zhǔn)AVS2技術(shù)已開(kāi)發(fā)完成，2016年5月，廣電總局頒布AVS2視頻為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2016年12月30日，頒布為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)國(guó)家新聞出版廣電總局、工業(yè)和信息化部測(cè)試機(jī)構(gòu)測(cè)試，第一代AVS的壓縮效率與同期國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4 AVC/H.264相當(dāng)，比原視頻編碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17975.2-2000(等同采用ISO/IEC 13818.2-1994，即MPEG-2)提高一倍以上。因而能夠成倍節(jié)省頻譜和帶寬，經(jīng)濟(jì)效益突出。根據(jù)國(guó)家新聞出版廣電總局廣播電視規(guī)劃院進(jìn)行的嚴(yán)格測(cè)試，第二代AVS2編碼效率比第一代標(biāo)準(zhǔn)提高了一倍以上，壓縮效率超越最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)HEVC(H.265)，相對(duì)于第一代AVS標(biāo)準(zhǔn)，第二代AVS標(biāo)準(zhǔn)可節(jié)省一半的傳輸帶寬，將支撐未來(lái)幾年超高清電視在我國(guó)的推廣應(yīng)用。

目前，AVS標(biāo)準(zhǔn)除在廣電領(lǐng)域廣泛使用，已進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，下一步AVS2會(huì)進(jìn)入監(jiān)控應(yīng)用。

2016年初，AVS已啟動(dòng)VR國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定，AVS VR國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已完成立項(xiàng)。2017年1月開(kāi)始，AVS工作組已啟動(dòng)《信息技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容高效編碼》(簡(jiǎn)稱AVS VR標(biāo)準(zhǔn))系列標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家立項(xiàng)申請(qǐng)工作。

2018年初，第二代AVS系統(tǒng)部分《信息技術(shù) 高效多媒體編碼 第1部分：系統(tǒng)》和音頻部分《信息技術(shù) 高效多媒體編碼 第3部分：音頻》進(jìn)入國(guó)標(biāo)委審批，等待頒布。

2018年6月7日，我國(guó)第二代數(shù)字音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)《信息技術(shù) 高效多媒體編碼 第3部分：音頻》(簡(jiǎn)稱AVS2音頻標(biāo)準(zhǔn))由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)GB/T 33475.3-2018，將于2019年1月1日正式實(shí)施。AVS2音頻標(biāo)準(zhǔn)立足提供完整的高清三維視聽(tīng)技術(shù)方案，與第二代AVS視頻編碼(AVS2視頻)配套，是更適合超高清、3D等新一代視聽(tīng)系統(tǒng)需要的高質(zhì)量、高效率音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。將應(yīng)用于全景聲電影、超高清電視、互聯(lián)網(wǎng)寬帶音視頻業(yè)務(wù)、數(shù)字音視頻廣播無(wú)線寬帶多媒體通信、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)及視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。

AVS產(chǎn)業(yè)化的主要產(chǎn)品形態(tài)包括：

(1). 芯片：高清晰度/標(biāo)準(zhǔn)清晰度AVS解碼芯片和編碼芯片。

(2). 軟件：AVS節(jié)目制作與管理系統(tǒng)，Linux和Window平臺(tái)上基于AVS標(biāo)準(zhǔn)的流媒體播出、點(diǎn)播、回放軟件。

(3). 整機(jī)：AVS機(jī)頂盒、AVS硬盤(pán)播出服務(wù)器、AVS編碼器、AVS高清晰度激光視盤(pán)機(jī)、AVS高清晰度數(shù)字電視機(jī)頂盒和接收機(jī)、AVS手機(jī)、AVS便攜式數(shù)碼產(chǎn)品等。

MPEG是ISO/IEC JTC1 1988年成立的運(yùn)動(dòng)圖像專家組(Moving Picture Expert Group)的簡(jiǎn)稱，負(fù)責(zé)數(shù)字視頻、音頻和其它媒體的壓縮、解壓縮、處理和表示等國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

MPEG-1制定于1992年，它是將視頻數(shù)據(jù)壓縮成1~2Mb/s的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流。它主要用于家用VCD，它需要的存儲(chǔ)空間比較大。

MPEG-2制定于1994年，是為高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率而設(shè)計(jì)，它是高質(zhì)量視頻音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。在常規(guī)電視的數(shù)字化、高清晰電視HDTV、視頻點(diǎn)播VOD，交互式電視等各個(gè)領(lǐng)域中都是核心的技術(shù)之一。

MPEG-4于1998年11月公布，主要應(yīng)用于視像電話(Video Phone)，視像電子郵件(Video Email)和電子新聞(Electronic News)等，其傳輸速率要求較低。它與MPEG-2相比，可節(jié)省90%的儲(chǔ)存空間。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是面向?qū)ο蟮膲嚎s方式，不是像MPEG-1和MPEG-2簡(jiǎn)單地將圖像分為一些像塊，而是根據(jù)圖像內(nèi)容，將其中的對(duì)象(物體、人物、背景)分離出來(lái)分別進(jìn)行幀內(nèi)、幀間編碼壓縮，并允許在不同的對(duì)象之間靈活分配碼率，對(duì)重要的對(duì)象分配較多的字節(jié)，對(duì)次要的對(duì)象分配較少的字節(jié)，從而大大提高了壓縮比，使其在較低的碼率下獲得較好的效果。

MPEG-7是針對(duì)存儲(chǔ)形式(在線、脫機(jī))或流形式(如 Internet上的廣播、推送模型)的應(yīng)用而制定的，并且可以在實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)環(huán)境中操作。它是為互聯(lián)網(wǎng)視頻檢索制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱為”多媒體內(nèi)容描述接口”(Multimedia Content Description Interface), 其目標(biāo)就是產(chǎn)生一種描述多媒體內(nèi)容數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)以及推-拉應(yīng)用的需求,它既不同于基于波形和基于壓縮的表示方式如MPEG-1和MPEG -2,又不同于基于對(duì)象的表示方式如MPEG-4，而是將對(duì)各種不同類型的多媒體信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化描述，并將該描述與所描述的內(nèi)容相聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)快速有效的搜索。

MPEG-21 Multimedia Framework是致力于在大范圍的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)透明的傳輸和對(duì)多媒體資源的充分利用。MPEG-21致力于為多媒體傳輸和使用定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的開(kāi)放框架。

WMV(WINDOWS MEDIA VIDEO)：是微軟推出的一種流媒體格式，WMV格式的體積非常小，適合在網(wǎng)上播放和傳輸。但由于非開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)延非常大。

H.261：于1990年完成，實(shí)際的編碼算法類似于MPEG算法，但不能與后者兼容。用于電視會(huì)議、可視電話。

H.263：于1996年完成，與H.261相比采用了半象素的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，并增加了4種有效的壓縮編碼模式。但是其限制了應(yīng)用的圖像輸入格式，僅允許5種視頻源格式。

H.263+：允許更大范圍的圖像輸入格式，自定義圖像的尺寸，從而拓寬了標(biāo)準(zhǔn)使用的范圍，使之可以處理基于視窗的計(jì)算機(jī)圖像、更高幀頻的圖像序列及寬屏圖像。

H.263++：在H263+基礎(chǔ)上增加了3個(gè)選項(xiàng)，主要是為了增強(qiáng)碼流在惡劣信道上的抗誤碼性能，同時(shí)為了提高增強(qiáng)編碼效率。

H.264/MPEG-4 AVC：壓縮能力比H.263更強(qiáng)。高壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸。是為新一代交互視頻通訊制定的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)也被稱為AVC(Advanced Video Coding)標(biāo)準(zhǔn)，是MPEG-4的第10部分。

H.265：是繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來(lái)的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。H.265旨在在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質(zhì)量的視頻。這也意味著，我們的智能手機(jī)、平板機(jī)等移動(dòng)設(shè)備將能夠直接在線播放1080p的全高清視頻。H.265標(biāo)準(zhǔn)也同時(shí)支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清視頻。

IPB幀：視頻中每幀代表一幅靜止的圖像，而在實(shí)際壓縮時(shí)，會(huì)采取各種算法減少數(shù)據(jù)的容量，其中IPB就是最常見(jiàn)的。

I幀是關(guān)鍵幀，屬于幀內(nèi)壓縮(P、B為幀間)。盡可能去除圖像空間冗余信息來(lái)壓縮傳輸數(shù)據(jù)量的幀內(nèi)編碼圖像。I幀法是基于離散余弦變換DCT(Discrete Cosine Transform)的壓縮技術(shù)，這種算法與JPEG壓縮算法類似。采用I幀壓縮可達(dá)到1/6的壓縮比而無(wú)明顯的壓縮痕跡。解碼時(shí)僅用I幀的數(shù)據(jù)就可重構(gòu)完整圖像。

P幀也叫預(yù)測(cè)幀，表示的是這一幀跟之前的一個(gè)關(guān)鍵幀(或P幀)的差別，解碼時(shí)需要用之前緩存的畫(huà)面疊加上本幀定義的差別，生成最終畫(huà)面。也就是差別幀，P幀沒(méi)有完整畫(huà)面數(shù)據(jù)，只有與前一幀的畫(huà)面差別的數(shù)據(jù)。

B幀也叫雙向預(yù)測(cè)幀。既考慮與源圖像序列前面已編碼幀，也顧及源圖像序列后面已編碼幀之間的時(shí)間冗余信息來(lái)壓縮傳輸數(shù)據(jù)量的編碼圖像。B幀不是參考幀,不會(huì)造成解碼錯(cuò)誤的擴(kuò)散。

一般地，I幀壓縮效率最低，P幀較高，B幀最高。I、B、P各幀是根據(jù)壓縮算法的需要,是人為定義的,它們都是實(shí)實(shí)在在的物理幀,至于圖像中的哪一幀是I幀,是隨機(jī)的,一旦確定確定了I幀,以后的各幀就嚴(yán)格按規(guī)定順序排列。

視頻文件封裝(容器)：封裝格式就是將已經(jīng)編碼壓縮好的視頻軌和音頻軌按照一定的格式放到一個(gè)文件中，這個(gè)文件也就相當(dāng)于一個(gè)容器。采用不同的方式把視頻編碼和音頻編碼打包成一個(gè)完整的多媒體文件，也就出現(xiàn)了不同的后綴，常見(jiàn)的封裝格式：

(1). AVI：微軟在90年代初創(chuàng)立的封裝標(biāo)準(zhǔn)，其含義是Audio Video Interactive，就是把視頻和音頻編碼混合在一起儲(chǔ)存。

(2). mov：QuickTime Movie是由蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的容器。

(3). WMV：是微軟公司開(kāi)發(fā)的一組數(shù)位視頻編解碼格式的通稱。

(4). mkv： Matroska的簡(jiǎn)稱,萬(wàn)能封裝器，有良好的兼容和跨平臺(tái)性、糾錯(cuò)性，可帶外掛字幕。

(5). flv: 這種封裝方式可以很好的保護(hù)原始地址，一些視頻分享網(wǎng)站采用這種封裝方式。

(6). rmvb/rm：Real Video，由RealNetworks開(kāi)發(fā)的應(yīng)用于rmvb和rm的不同封裝方式。rm是固定碼率，rmvb是動(dòng)態(tài)碼率(就是靜態(tài)畫(huà)面采用用低碼率，動(dòng)態(tài)采用高碼率)。

(7). MP4：主要應(yīng)用于mpeg4的封裝。

(8). 3GP：主要應(yīng)用于H.263的封裝。

由于不同的播放器支持不同的視頻文件格式，或者計(jì)算機(jī)中缺少相應(yīng)格式的解碼器，或者一些外部播放裝置(比如手機(jī)、MP4等)只能播放固定的格式，因此就會(huì)出現(xiàn)視頻無(wú)法播放的現(xiàn)象。在這種情況下就要使用格式轉(zhuǎn)換器軟件來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷。

注：以上全部?jī)?nèi)容均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，主要參考：
1. http://www.avs.org.cn/
2. https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/12031631

本文轉(zhuǎn)自：https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/89764388
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審核編輯：何安