全面解读各类高清视频格式

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　　提到家中看电视，总也要看出点名堂来，不是简简单单的看着有线电视放的节目吧，家中的大平板用来看模拟信号的节目是不是有些“杀鸡用牛刀”的感觉，没错，我们要看的是高清，我们要在家里享受影音震撼的效果，高清电影已经成为不少小资生活的朋友们的追逐目标，这次的有问必答就是针对关心高清的朋友们的一个全面解读，关于高清视频格式的一个解读。
       什么才是高清?很多人会毫不犹豫的告诉我“1080P”，深入下问，高清的格式是什么呢?
      对于高清视频来说，主流的技术目前主要有MPEG-2、Divx、Xvid、H.264和VC-1。其中MPEG-2、H.264和VC-1是被HDDVD和蓝光DVD共同选择的三种编码格式，也因此最受瞩目。因为技术规格的优劣、以及授权费用的多寡，让这几种编码格式被使用的范围也不同。

　　 一、家喻户晓：H.264/X264
　　绝大多数视听玩家对于H.264编码都不会感到陌生，H.264编码的身世显赫，是ITU-T(国际电信联盟-视频编码专家组)与ISO/IEC(国际标准化组织-动态图像专家组)合作组成的JVT(联合视频组)推动的新一代数字视频编码标准，也称为MPEG-4/AVC编码。

　　H.264编码依托雄厚的背景，在技术上独树一帜，大幅领先于其它编码算法。下面，笔者尝试用较为通俗的方式解释H.264编码的四大技术特点。
　　1、分层设计：H.264编码算法分为视频编码与网络提取两个层面，分别负责高编码效率和网络友好性，即：两队人马独立完成视频处理与网络传送两项工作，保证整个任务的灵活、高效与专业。
　　2、高精度、多模式运动估计：H.264支持1/4或1/8像素精度的运动矢量，在运动估计时，编码器可选择增强内插滤波器来提高预测效果，即：H.264对视频像素进行精确、细腻的降噪处理，并可以根据已编码的视频帧(画面)，对相邻视频帧(画面)进行预测和修正，最大限度实现视频的清晰、准确。
　　3、4×4块的整数变换：对残差采用基于块的变换编码，在编码器和解码器中允许精度相同的变换和反变换，对色度系数采用了较小量化步长，即：更加精确的识别视频中的运动物体，减少运动物体的边缘失真与色块，并使视频色彩更加逼真。
　　4、统一的VLC符号编码，H.264中熵编码有两种方法，解码器易于识别码字前缀，UVLC在发生比特错误时能快速获得重同步，即：编码算法的纠错与容错性较好。

H.264与MPEG-2/MPEG-4、H.263压缩性能对比

　　在四大技术特点的支撑下，H.264编码算法具有非常高的编码效率，在相同的图像质量条件下，能够比H.263/MPEG-2节约50%左右的码率，即文件体积减小50%，并且，H.264的纠错能力增加，网络适应性更强。
　　X264编码，是H.264编码的一个开源分支，它符合H.264标准，其功能在于编码(encoding)，而不作为解码器(decoder)使用，X264编码最大的特点在于注重实用，它在不明显降低编码性能的前提下，努力降低编码的计算复杂度，X264对于H.264编码中的一些复杂编码特性做了折衷处理，其压缩视频体积小于Xvid(MPEG4)编码视频，以小体积、高画质的特点得到了很多网友的认可。
　　H.264与X264目前大多采用MKV封装格式，这是一种新兴的多媒体封装格式/容器，可以将各类视频编码、16条或以上不同格式的音频和语言不同的字幕封装在一个文件内，它具有开放源代码、音视频编码丰富、网络亲和性好等优势，已经得到众多视频压制组和玩家的支持，正逐渐成为高清视频的主流视频格式。


        二、成熟框架：MPEG-2/MPEG-4
　　MPEG-2/MPEG-4编码标准，是由MPEG工作组(Moving Picture Experts Group)发布的视频与音频压缩国际标准。
　　MPEG-2编码于1994年发布，常用于广播信号(卫星电视、有线电视)的视频和音频编码，经过后期不断修改，不仅成为DVD的核心技术，还应用于HDTV高清电视传输。

　　MPEG-2编码压缩技术的特点是：1、去除空间冗馀，即：识别视频画面中的重要元素，移除重复、基本无影响、人眼容易忽略的元素;2、去除空间冗馀，即：利用视觉暂留现象，去除时间轴上相似视频画面的冗馀，进行视频压缩;3、可变比特率，即：根据动态画面的复杂程度，适时调整数据传输率/比特率，实现适合一致的编码效果与流畅均衡的视频效果，在DVD应用中，其最大比特率可达10.4Mbit/S。
　　由于MPEG-2编码的压缩率较低，它主要用于DVD片源标准(720*480分辨率/NTSC制式、720*576/PAL制式)，在DVD标准下，MPEG-2编码的视频文件主要采用MPG、MPE、MPEG、M2V与VOB格式。
　　对于720P/1080P高清视频而言，MPEG-2编码压缩的文件体积较大(120分钟时长、体积20GB以上)，在HDTV标准下，MPEG-2编码的视频文件主要采用TP和TS封装格式。其中，TS格式是一种较为先进的封装格式，BD蓝光原盘即采用TS封装，它在视频和音频打包时提供时间戳，保证了任何时间段(分离)的音画同步，TS封装支持几乎所有编码的高清视频和音轨编码，视频编码包括MPEG2、H.264/MPEG4-AVC、VC-1，音频编码包括杜比AC3、TrueHD、DTS、DTS-HD等。

TS封装格式支持DTS-HD高清音频编码

　　MPEG-4编码于1998年发布，它继承了MPEG-2编码的优势，进一步优化了压缩率，改进了网络传输性，加强了版权保护与字幕、音轨的支持，并大幅扩展和延伸了多领域的应用框架，它不仅应用于语音传输(可视电话)、网络视频、光盘存储与电视广播，而且发展出一系列子标准。
　　其中，MPEG-4 Part2标准便是十分常见的Divx、Xvid编码，它们(尤其是较新的Xvid编码)多用于压制DVDRip、AVI或MP4格式的视频文件，而MPEG-4 Part10标准就是前文提到的H.264/AVC编码，其技术特点不再赘述，现在，MPEG-4 已修订至Part20标准，还在不断完善。
        三、后起之秀：VC-1
　　WMV(Windows Media Video)作为经久不衰的一种视频编码，一直在不断改进，2003年，微软基于WMV第九版(WMV9)编码技术，正式提出了VC-1编码标准，并于2006年正式成为国际标准。

WMV是微软多媒体技术的核心

　　VC-1编码作为较晚推出的高清编码算法，自然吸收了MPEG-2与H.264编码的优点，其压缩比介于MPEG2和H.264之间，编解码复杂性仅有H.264的一半，即压缩时间更短、解码计算更小，在微软的大力推动下，VC-1编码已经得到了BD蓝光光盘、电影及电视学会(SMPTE)的支持。
　　近几年来，为了更好的推广WMV9/VC-1编码标准，微软不遗余力的建立了WMV-HD高清资源站点，大量发布采用VC-1编码压制的720P、1080P宣传片及演示片(WMV-HD视频格式)，试图营造声势，吸引用户关注。同时，在BD蓝光光盘领域，VC-1编码与电影/剧集的合作势头也渐趋猛烈，与电脑硬件厂商的合作也在加快VC-1编码的推广，可见，财大气粗的微软正在加快VC-1编码的圈地运动。

VC-1编码与蓝光光盘在加速联姻

　　不过，中庸的技术(与H.264相比、无明显编码优势)、封闭的平台(限于Windows系统)、后发的劣势(2006年通过、成为国际标准)仍然给微软VC-1编码的应用前景带来了较大的不确定性，能否推翻H.264这座大山，尚需实践检验。