Atitit 视频编码与动画原理attilax总结
要彻底理解视频编码原理，看书都是虚的，需要实际动手，实现一个简单的视频编码器：
知识准备：基本图像处理知识，信号的时域和频域问题，熟练掌握傅立叶正反变换，一维、二维傅立叶变换，以及其变种，dct变换，快速dct变换。
1.1. 第一步：实现有损图像压缩和解压
参考 JPEG原理，将RGB->YUV，然后Y/U/V看成三张不同的图片，将其中一张图片分为 8×8的block进行 dct变换（可以直接进行二维dct变换，或者按一定顺序将8×8的二维数组整理成一个64字节的一维数组），还是得到一个8×8的整数频率数据。于是表示图像大轮廓的低频信号（人眼敏感的信号）集中在 8×8的左上角；表示图像细节的高频信号集中在右下角。
1.2. 接着将其量化，所谓量化，就是信号采样的步长，
8×8的整数频率数据块，每个数据都要除以对应位置的步长，左上角相对重要的低频信号步长是1，也就是说0-255，是多少就是多少。而右下角是不太重要的高频信号，比如步长取10，那么这些位置的数据都要/10，实际解码的时候再将他们*10恢复出来，这样经过编码的时候/10和解码的时候*10，那么步长为10的信号1, 13, 25, 37就会变成规矩的：0, 10, 20, 30, 对小于步长10的部分我们直接丢弃了，因为高频不太重要。
经过量化以后，8×8的数据块左上角的数据由于步长小，都是比较离散的，而靠近右下角的高频数据，都比较统一，或者是一串0，因此图像大量的细节被我们丢弃了，这时候，我们用无损压缩方式，比如lzma2算法（jpeg是rle + huffman）将这64个byte压缩起来，由于后面高频数据步长大，做了除法以后，这些值都比较小，而且比较靠近，甚至右下部分都是一串0，十分便于压缩。
JPEG图像有个问题就是低码率时 block边界比较严重，现代图片压缩技术往往要配合一些de-block算法，比如最简单的就是边界部分几个像素点和周围插值模糊一下。
做到这里我们实现了一个同 jpeg类似的静态图片有损压缩算法。在视频里面用来保存I帧数据。
1.3. 第二步：实现宏块误差计算
视频由连续的若干图像帧组成，分为 I帧，P帧，所谓I帧，就是不依赖就可以独立解码的视频图像帧，而P帧则需要依赖前面已解码的视频帧，配合一定数据才能生成出来。所以视频中I帧往往都比较大，而P帧比较小
1.4. 那么所谓运动预测编码，其实就是P帧的生成过程
按照第三步实现的逻辑，P2’其实已经很像P2了，只是有些误差，我们将这些误差保存成了图片D2，所以图片D2中，信息量其实已经很小了，都是些细节修善，比起直接保存一张完整图片熵要低很多的。所以我们将 D2用类似第一步提到的有损图片压缩方法进行编码，得到最终的P帧数据：
C++
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1 |
Encode(P2) = Lzma2(block_positions) + 有损图像编码（D2） |
具体在操作的时候，D2的图像块可以用16×16进行有损编码，因为前面的运动预测数据是按16×16的宏块搜索的，而不用象I帧那样精确的用8×8表示，同时保存误差图时，量化的精度可以更粗一些用不着象I帧那么精确，可以理解成用质量更低的JPEG编码，按照16×16的块进行编码，加上误差图D2本来信息量就不高，这样的保存方式能够节省不少空间。
1.5. 第五步：实现GOP生成
通过前面的代码，我们实现了I帧编码和P帧编码，P帧是参考P1对P2进行编码，而所谓B帧，就是参考 P1和 P3对P2进行编码，当然间隔不一定是1，比如可以是参考P1和P5对P2进行编码，前提条件是P5可以依赖P1及以前的数据进行解码。
不过对于一个完整的简版视频编码器，I帧和P帧编码已经够了，市面上任然有很多面向低延迟的商用编码器是直接干掉B帧的，因为做实时传输时收到B帧没法播放，之后再往后好几帧收到下一个I或者P帧时，先前收到的B帧才能被解码出来，造成不少的延迟。
而所谓的 GOP (Group of picture) 就是由一系列类似 I, P, B, B, P, B, B, P, B, B P 组成的一个可以完整被解码出来的图像组，而所谓视频文件，就是一个接一个的GOP，每个GOP由一个I帧开头，然后接下来一组连续的P 或者 B构成，播放时只有完整收到下一个GOP的I帧才能开始播放。
第六步：容器组装
第七部：优化改进
这时候你已经大概学习并掌握了视频编码的基础原理了，接下来大量的优化改进的坑等着你去填呢。优化有两大方向，编码效率优化和编码性能优化：前者追求同质量（同信噪比）下更低的码率，后者追求同样质量和码率的情况下，更快的编码速度。
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作者:: 绰号:老哇的爪子 （ 全名：：Attilax Akbar Al Rapanui 阿提拉克斯 阿克巴 阿尔 拉帕努伊 ）
汉字名：艾提拉（艾龙）， EMAIL:1466519819@qq.com
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