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【摘 要】数字视频文件作为多媒体的一种表现形式，在我们的工作、生活、娱乐中发挥着重要作用，本文针对数字视频文件的编码和封装技术进行了详细分析。
【关键词】视频；编码；封装；格式
随着80年代多媒体的产生，多媒体已经逐步渗入到我们工作生活的方方面面，成为不可或缺的一部分。而视频文件作为多媒体表现的主要形式，也经历的巨大的变革、发展。从最初的VCD画质，到1080P全高清，再到最新4K超高清；从最初的只能租碟看，到网上下载看，再到在线观看；从一张光盘只能存储一部低画质视频，到同样一张光盘能存储一部高清视频，视频文件的大小并没有随着画质的成倍提高而倍增。这一切发展和变化都离不开核心的视频编码、封装技术。
一、为什么要对视频文件进行编码
本文中所指的视频文件是指数字视频文件，对数字视频文件编码的首要任务就是压缩。未经编码压缩的数字视频文件容量巨大，存儲、传输都十分困难，经笔者计算，存储3分钟VCD画质的未压缩数字视频文件需要1.3GB，而使用最新的编码技术，1.3GB可以存储整部高清电影。
二、视频文件编码技术是如何实现压缩的
数字视频文件经过编码，存储容量大幅度减少，而画面质量、分辨率却能够得到保持，为什么数字视频文件能够被大幅度压缩呢。视频编码通过一整套编码规则程序去除数字视频文件的冗余信息，从而压缩视频文件。一是去除空间冗余，在一帧静止的视频画面中，有很多相邻的像素点是相同或相近的，通过编码规则可以减少记录次数；二是一段连贯的视频画面中，往往画面中某些部分没有改变，通过编码规则，可以只记录改变的部分；三是根据人类视觉敏感特性，减少视觉不敏感信息的记录精度；四是利用已有的知识、规律，判断画面构成、画面发展规律来减少记录次数。
三、视频文件的构成
从结构上看，视频文件主要包含编码格式及封装格式两个要素。通俗的讲，编码格式和封装格式是酒和酒瓶的关系，同样酒可以装到不同的酒瓶中，同样的酒瓶可以装不同的酒，编码格式定义视频文件内容，封装格式定义视频文件的结构和包装，两者之间没有必然的联系。视频编码格式少，而封装格式很多，不同的应用可能采用相同的编码格式，但因传输、存储的需求不同往往会产生不同的封装格式。部分情况下我们通过视频文件名能够直观的看到视频文件的封装格式，如扩展名名为MKV的文件，封装格式就是MKV，扩展名为MP4的文件，封装格式就是MP4。而视频文件的编码格式需要专业工具进行查看，常用的是MediaInfo。
四、主流的编码格式
主流的编码格式分为4类，一是动态图像专家组（MPEG）开发制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21；二是视频编码专家组（VCEG）开发制定的H.120、H.261、H.262、H.263；三是ISO/IEC与ITU-T联合组成的联合视频编码组（JVT，Joint Video Team）开发制定的H.264/ MPEG-4 AVC、H.265/ HEVC；四是其他公司或组织开发制定的编码格式及在以上格式上精简、修改的格式，主要有WMV、RealVideo、VC-1、Divx、X264、FLV等，编码格式的区别主要体现在相同画质下压缩率的高低及压缩的难度。
五、主流封装格式介绍
主流的封装格式主要有AVI、MPEG、Matroska（MKV）、Flash Video、Real Video等。AVI是较老的封装格式，已经存在10余年的时间，应用广泛，扩展名是AVI，AVI封装格式功能很少，只有一个视频轨道和一个音频轨道，能容纳大部分的编码格式，但不提供任何控制功能。MPEG主要用来封装MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC系类编码，MPEG具有丰富的控制功能，可以封装多个视频轨道及音轨，同时可以封装字幕，它的简化版本3GP曾经在手机视频上应用广泛，扩展名有DAT、VOB、MPG、MP4、3GP等。Matroska封装格式定义了三种类型的文件，最常见的是MKV文件，它是一种开源的多媒体封装格式，功能异常强大，可把多种不同编码的视频及16条以上不同格式的音频、字幕封装到一个文件内，比AVI格式容纳的编码格式更为丰富。
六、常用的编码格式及封装
日常生活中，我们方方面面都能接触到视频，不同的应用使用不同的编码和封装格式。VCD使用MPEG-1编码，封装格式为MPEG，扩展名为DAT；DVD使用MPEG-2编码，封装格式为MPEG，扩展名为VOB；BD也就是蓝光光盘主要采用H.264/MPEG-4 AVC编码，扩展名为M2TS；手机、录像机主要使用H.264/ MPEG-4 AVC编码录制高清视频，扩展名一般为MP4、M2TS；高清视频监控使用H.264/ MPEG-4 AVC编码，扩展名为AVI或MP4；视频会议一般使用MPEG-4、H.263、H.264进行标清或高清的视频传输。
七、视频编码的新技术
随着4K分辨率显示设备及视频的出现，JVT（联合视频编码组）发布了H.264/MPEG-4 AVC编码标准的继任者H.265/ HEVC，它不仅提升了图像质量，同时压缩率是H.264/MPEG-4 AVC的两倍（同样画面质量下文件大小减少50%），可支持4K分辨率甚至到超高清电视（UHDTV），最高分辨率可达到8192×4320（8K分辨率），使4K影片的流行变为可能。目前，H.265在移动终端上发展迅速，高通、华为、全智等芯片厂商宣布支持H.265硬件编码或解码，迅雷已有多部H.265影片可供测试观看，优酷、土豆等视频网站也开始支持H.265编码视频文件，相信在不远的将来，借助H.265的超高压缩率，我们能够欣赏到更多更清晰的视频。
参考文献：
[1]毕厚杰， 王健. 新一代视频压缩编码标准：H.264/AVC（第2版）[M]. 北京：人民邮电出版社， 2009.
[2]高文， 赵德斌， 马思伟. 数字视频编码技术原理[M]. 北京：科学出版社， 2014.
【关键词】视频；编码；封装；格式
随着80年代多媒体的产生，多媒体已经逐步渗入到我们工作生活的方方面面，成为不可或缺的一部分。而视频文件作为多媒体表现的主要形式，也经历的巨大的变革、发展。从最初的VCD画质，到1080P全高清，再到最新4K超高清；从最初的只能租碟看，到网上下载看，再到在线观看；从一张光盘只能存储一部低画质视频，到同样一张光盘能存储一部高清视频，视频文件的大小并没有随着画质的成倍提高而倍增。这一切发展和变化都离不开核心的视频编码、封装技术。
一、为什么要对视频文件进行编码
本文中所指的视频文件是指数字视频文件，对数字视频文件编码的首要任务就是压缩。未经编码压缩的数字视频文件容量巨大，存儲、传输都十分困难，经笔者计算，存储3分钟VCD画质的未压缩数字视频文件需要1.3GB，而使用最新的编码技术，1.3GB可以存储整部高清电影。
二、视频文件编码技术是如何实现压缩的
数字视频文件经过编码，存储容量大幅度减少，而画面质量、分辨率却能够得到保持，为什么数字视频文件能够被大幅度压缩呢。视频编码通过一整套编码规则程序去除数字视频文件的冗余信息，从而压缩视频文件。一是去除空间冗余，在一帧静止的视频画面中，有很多相邻的像素点是相同或相近的，通过编码规则可以减少记录次数；二是一段连贯的视频画面中，往往画面中某些部分没有改变，通过编码规则，可以只记录改变的部分；三是根据人类视觉敏感特性，减少视觉不敏感信息的记录精度；四是利用已有的知识、规律，判断画面构成、画面发展规律来减少记录次数。
三、视频文件的构成
从结构上看，视频文件主要包含编码格式及封装格式两个要素。通俗的讲，编码格式和封装格式是酒和酒瓶的关系，同样酒可以装到不同的酒瓶中，同样的酒瓶可以装不同的酒，编码格式定义视频文件内容，封装格式定义视频文件的结构和包装，两者之间没有必然的联系。视频编码格式少，而封装格式很多，不同的应用可能采用相同的编码格式，但因传输、存储的需求不同往往会产生不同的封装格式。部分情况下我们通过视频文件名能够直观的看到视频文件的封装格式，如扩展名名为MKV的文件，封装格式就是MKV，扩展名为MP4的文件，封装格式就是MP4。而视频文件的编码格式需要专业工具进行查看，常用的是MediaInfo。
四、主流的编码格式
主流的编码格式分为4类，一是动态图像专家组（MPEG）开发制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21；二是视频编码专家组（VCEG）开发制定的H.120、H.261、H.262、H.263；三是ISO/IEC与ITU-T联合组成的联合视频编码组（JVT，Joint Video Team）开发制定的H.264/ MPEG-4 AVC、H.265/ HEVC；四是其他公司或组织开发制定的编码格式及在以上格式上精简、修改的格式，主要有WMV、RealVideo、VC-1、Divx、X264、FLV等，编码格式的区别主要体现在相同画质下压缩率的高低及压缩的难度。
五、主流封装格式介绍
主流的封装格式主要有AVI、MPEG、Matroska（MKV）、Flash Video、Real Video等。AVI是较老的封装格式，已经存在10余年的时间，应用广泛，扩展名是AVI，AVI封装格式功能很少，只有一个视频轨道和一个音频轨道，能容纳大部分的编码格式，但不提供任何控制功能。MPEG主要用来封装MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC系类编码，MPEG具有丰富的控制功能，可以封装多个视频轨道及音轨，同时可以封装字幕，它的简化版本3GP曾经在手机视频上应用广泛，扩展名有DAT、VOB、MPG、MP4、3GP等。Matroska封装格式定义了三种类型的文件，最常见的是MKV文件，它是一种开源的多媒体封装格式，功能异常强大，可把多种不同编码的视频及16条以上不同格式的音频、字幕封装到一个文件内，比AVI格式容纳的编码格式更为丰富。
六、常用的编码格式及封装
日常生活中，我们方方面面都能接触到视频，不同的应用使用不同的编码和封装格式。VCD使用MPEG-1编码，封装格式为MPEG，扩展名为DAT；DVD使用MPEG-2编码，封装格式为MPEG，扩展名为VOB；BD也就是蓝光光盘主要采用H.264/MPEG-4 AVC编码，扩展名为M2TS；手机、录像机主要使用H.264/ MPEG-4 AVC编码录制高清视频，扩展名一般为MP4、M2TS；高清视频监控使用H.264/ MPEG-4 AVC编码，扩展名为AVI或MP4；视频会议一般使用MPEG-4、H.263、H.264进行标清或高清的视频传输。
七、视频编码的新技术
随着4K分辨率显示设备及视频的出现，JVT（联合视频编码组）发布了H.264/MPEG-4 AVC编码标准的继任者H.265/ HEVC，它不仅提升了图像质量，同时压缩率是H.264/MPEG-4 AVC的两倍（同样画面质量下文件大小减少50%），可支持4K分辨率甚至到超高清电视（UHDTV），最高分辨率可达到8192×4320（8K分辨率），使4K影片的流行变为可能。目前，H.265在移动终端上发展迅速，高通、华为、全智等芯片厂商宣布支持H.265硬件编码或解码，迅雷已有多部H.265影片可供测试观看，优酷、土豆等视频网站也开始支持H.265编码视频文件，相信在不远的将来，借助H.265的超高压缩率，我们能够欣赏到更多更清晰的视频。
参考文献：
[1]毕厚杰， 王健. 新一代视频压缩编码标准：H.264/AVC（第2版）[M]. 北京：人民邮电出版社， 2009.
[2]高文， 赵德斌， 马思伟. 数字视频编码技术原理[M]. 北京：科学出版社， 2014.