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即时通讯音视频开发(一):视频编解码之理论概述

前言


即时通讯应用中的实时音视频技术,几乎是IM开发中的最后一道高墙。原因在于:实时音视频技术 = 音视频处理技术 + 网络传输技术 的横向技术应用集合体,而公共互联网不是为了实时通信设计的。有关实时音视频开发时的技术难题请参见《音视频云声网Agora:从demo到实用,中间还差1万个WebRTC》:http://www.52im.net/article-119-1.html

本文主要讲解实时音视频技术中视频技术的编解码基础理论。

系列文章


本文是系列文章中的第1篇,本系列文章的大纲如下:


视频为何需要压缩?



  • 未经压缩的数字视频的数据量巨大
  • 存储困难:一张DVD只能存储几秒钟的未压缩数字视频。
  • 传输困难 1兆的带宽传输一秒的数字电视视频需要大约4分钟。

1.png

主要压缩了什么东西?


原始视频压缩的目的是去除冗余信息,可以去除的冗余包括:

  • 空间冗余:图像相邻像素之间有较强的相关性
  • 时间冗余:视频序列的相邻图像之间内容相似
  • 编码冗余:不同像素值出现的概率不同
  • 视觉冗余:人的视觉系统对某些细节不敏感
  • 知识冗余:规律性的结构可由先验知识和背景知识得到

数据压缩是怎么分类的?



  • 无损压缩(Lossless):压缩前、解压缩后图像完全一致X=X',压缩比低(2:1~3:1)。典型格式例如:Winzip,JPEG-LS。
  • 有损压缩(Lossy):压缩前解压缩后图像不一致X≠X',压缩比高(10:1~20:1),利用人的视觉系统的特性。典型格式例如:MPEG-2,H.264/AVC,AVS。

2.png

什么是“编解码器”?



  • 编码器(Encoder):压缩信号的设备或程序;
  • 解码器(Decoder):解压缩信号的设备或程序;
  • 编解码器(Codec):编解码器对。

编解码的技术流程和原理


1编码器中的关键技术


3.png

2编解码中的关键技术


4.png

编解码器的实现


编解码器的实现平台:

  • 超大规模集成电路VLSI
  • ASIC, FPGA
  • 数字信号处理器DSP
  • 软件

编解码器产品:

  • 机顶盒
  • 数字电视
  • 摄像机
  • 监控器

视频编码的标准


编码标准作用:


  • 兼容:不同厂家生产的编码器压缩的码流能够被不同厂家的解码器解码
  • 高效:标准编解码器可以进行批量生产,节约成本。

主流的视频编码标准:


  • MPEG-2
  • MPEG-4 Simple Profile
  • H.264/AVC
  • AVS
  • VC-1

标准化组织:


  • ITU:International Telecommunications Union
  • VECG:Video Coding Experts Group
  • ISO:International Standards Organization
  • MPEG:Motion Picture Experts Group

视频传输



  • 视频传输:通过传输系统将压缩的视频码流从编码端传输到解码端
  • 传输系统:互联网,地面无线广播,卫星

视频传输面临的问题


传输系统不可靠:

  • 带宽限制
  • 信号衰减
  • 噪声干扰
  • 传输延迟

视频传输出现的问题:

  • 不能解码出正确的视频
  • 视频播放延迟

视频传输差错控制


差错控制(Error Control)解决视频传输过程中由于数据丢失或延迟导致的问题。

差错控制技术有:

  • 信道编码差错控制技术
  • 编码器差错恢复
  • 解码器差错隐藏

视频传输中QoS质量保证参数



  • 数据包的端到端的延迟
  • 带宽:比特/秒
  • 数据包的流失率
  • 数据包的延迟时间的波动

附录1:更多实时音视频技术文章


[1] 开源实时音视频技术WebRTC的文章:
开源实时音视频技术WebRTC的现状
简述开源实时音视频技术WebRTC的优缺点
访谈WebRTC标准之父:WebRTC的过去、现在和未来
良心分享:WebRTC 零基础开发者教程(中文)[附件下载]
WebRTC实时音视频技术的整体架构介绍
新手入门:到底什么是WebRTC服务器,以及它是如何联接通话的?
WebRTC实时音视频技术基础:基本架构和协议栈
浅谈开发实时视频直播平台的技术要点
[观点] WebRTC应该选择H.264视频编码的四大理由
基于开源WebRTC开发实时音视频靠谱吗?第3方SDK有哪些?
开源实时音视频技术WebRTC中RTP/RTCP数据传输协议的应用
简述实时音视频聊天中端到端加密(E2EE)的工作原理
实时通信RTC技术栈之:视频编解码
开源实时音视频技术WebRTC在Windows下的简明编译教程
网页端实时音视频技术WebRTC:看起来很美,但离生产应用还有多少坑要填?
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[2] 实时音视频开发的其它精华资料:
专访微信视频技术负责人:微信实时视频聊天技术的演进
实时语音聊天中的音频处理与编码压缩技术简述
网易视频云技术分享:音频处理与压缩技术快速入门
学习RFC3550:RTP/RTCP实时传输协议基础知识
基于RTMP数据传输协议的实时流媒体技术研究(论文全文)
声网架构师谈实时音视频云的实现难点(视频采访)
浅谈开发实时视频直播平台的技术要点
还在靠“喂喂喂”测试实时语音通话质量?本文教你科学的评测方法!
实现延迟低于500毫秒的1080P实时音视频直播的实践分享
移动端实时视频直播技术实践:如何做到实时秒开、流畅不卡
如何用最简单的方法测试你的实时音视频方案
技术揭秘:支持百万级粉丝互动的Facebook实时视频直播
简述实时音视频聊天中端到端加密(E2EE)的工作原理
移动端实时音视频直播技术详解(一):开篇
移动端实时音视频直播技术详解(二):采集
移动端实时音视频直播技术详解(三):处理
移动端实时音视频直播技术详解(四):编码和封装
移动端实时音视频直播技术详解(五):推流和传输
移动端实时音视频直播技术详解(六):延迟优化
理论联系实际:实现一个简单地基于HTML5的实时视频直播
IM实时音视频聊天时的回声消除技术详解
浅谈实时音视频直播中直接影响用户体验的几项关键技术指标
如何优化传输机制来实现实时音视频的超低延迟?
首次披露:快手是如何做到百万观众同场看直播仍能秒开且不卡顿的?
Android直播入门实践:动手搭建一套简单的直播系统
网易云信实时视频直播在TCP数据传输层的一些优化思路
实时音视频聊天技术分享:面向不可靠网络的抗丢包编解码器
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附录2:全站即时通讯技术资料分类


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TCP/IP详解 - 第17章·TCP:传输控制协议
TCP/IP详解 - 第18章·TCP连接的建立与终止
TCP/IP详解 - 第21章·TCP的超时与重传
理论经典:TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解
理论联系实际:Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次挥手过程
计算机网络通讯协议关系图(中文珍藏版)
NAT详解:基本原理、穿越技术(P2P打洞)、端口老化等
UDP中一个包的大小最大能多大?
Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍
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即时通讯安全篇(二):探讨组合加密算法在IM中的应用
即时通讯安全篇(三):常用加解密算法与通讯安全讲解
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传输层安全协议SSL/TLS的Java平台实现简介和Demo演示
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[7] 有关实时音视频开发:
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[8] IM开发综合文章:
移动端IM开发需要面对的技术问题
开发IM是自己设计协议用字节流好还是字符流好?
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谈谈移动端 IM 开发中登录请求的优化
完全自已开发的IM该如何设计“失败重试”机制?
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即时通讯系统的原理、技术和应用(技术论文)
开源IM工程“蘑菇街TeamTalk”的现状:一场有始无终的开源秀
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[9] 开源移动端IM技术框架资料:
开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:快速入门
开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:常见问题解答
开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:压力测试报告
开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:Android版Demo使用帮助
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开源移动端IM技术框架MobileIMSDK:Android客户端开发指南
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[11] 更多即时通讯技术好文分类:
http://www.52im.net/forum.php?mod=collection&op=all

(原文链接:http://www.cnblogs.com/xkfz007/archive/2012/08/12/2613690.html

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楼主好人一生平安
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感谢楼主分享
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站长是怎么过滤那些广告垃圾信息的?
引用:fhaoquan 发表于 2016-12-04 14:58
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签名: 《如果这样来理解HTTPS,一篇就够了》http://www.52im.net/thread-1890-1-1.html
感谢楼主的分享
签名: 该会员没有填写今日想说内容.
帖子内容非常精简, 很多干货
签名: 该会员没有填写今日想说内容.
我来看看能不能增加一点金币..
谢谢大神整理的精华
签名: android通讯开发
感谢楼主分享,很有用
签名: 刚注册,很不错
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整理的很好
基础贴
谢谢大神整理的精华
签名: 心情好
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