数字视频分量编码

10Bit 色彩数字视频编码根据我最近研究高清播放的经验，得出了以下结论，如果有说的不对的欢迎指出。

有关整个视频处理过程的颜色问题，水很深。

首先是目前视频本身的色系一般用的是YUV，而不是显示器输出使用的RGB。

因为色度抽样（Chroma subsampling）用的是Y：Cb：Cr=4：2：0（YUV色系中，Y为亮度通道，Cb和Cr 为色差通道信号），亮度抽取样（Luma subsample）和色度抽样不平衡，所以可以节省一半的空间，而只有4：4：4才是完整的色度取样。

引用一段百科：“4:2:0并不意味着只有Y,Cb而没有Cr分量。

它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。

相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此类推。

对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。

PAL制式和SECAM制式的色彩系统特别适合于用这种方式来存储。

绝大多数视频编解码器都采用这种格式作为标准的输入格式。

对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。

”而视频目前所使用的色深（Bit Depth）是8bit，也就是Y、Cb、Cr每个通道使用8bit存储信息，又由于4：2：0抽样，一个像素点占用8bit×3/2=12bit数据量。

8bit的色深意味着Y、Cb、Cr每个通道可以取值0-255（2^8个），这个是全范围（Full Range）；而目前视频里使用的都是有限范围（Limited Range或601 Range），Y取16-235、Cb和Cr取16-240。

这个就是指输入级别（Input Level）。

H.264压缩的视频经过视频解码器（Video Decoder）解码以后生成了8bit的YUV（4：2：0）的图像，然后输出时会需要一个输出色系，主要有平面YUV：YV12、NV12等，压缩YUV：YUY2、UYVY等，RGB：RGB32、RGB24等。

视频编码概念和主要编码算法视频编码是将数字视频信号转换为数字视频的过程，它使用编码算法来减少视频数据的冗余，并在保持视觉质量的同时减小文件大小。

视频编码对于视频传输、存储和分享非常重要。

视频编码的主要目标是通过移除冗余和统计特性来降低视频信号的数据率，而同时保持所需质量的最佳可视效果。

视频编码算法通常包含两个主要阶段：预处理和压缩编码。

预处理阶段是对视频信号进行处理和转换，以突出其中的重要信息，并减少冗余。

这些预处理技术包括空间和时间滤波、亮度和色彩空间转换等。

压缩编码阶段是将预处理后的视频数据压缩为尽可能小的比特流，通常使用有损压缩算法。

下面是几种主要的视频编码算法：1. MPEG（Moving Picture Experts Group）算法：MPEG是一组用于压缩和传输视频和音频数据的标准。

MPEG算法基于空间和时间冗余的概念，通过运动估计、运动补偿和离散余弦变换等技术来压缩视频数据。

2. H.264/AVC（Advanced Video Coding）算法：H.264是一种广泛使用的视频编码标准，具有高效的压缩性能。

它采用了运动估计、变换编码和熵编码等多种技术，并引入了一些新的特性，如帧内预测和熵编码上下文建模，以提高编码效率。

3. VP9算法：VP9是Google开发的一种开放源码视频编解码器，用于实现高效的视频压缩。

VP9算法采用了类似于H.264的技术，并引入了一些新的特性，如可变块大小和有损连续运动估计，以提高编码效率和视频质量。

4. AV1算法：AV1是一种由Alliance for Open Media开发的新一代开放源码视频编解码器。

AV1采用了先进的编码技术，如双向预测、变换编码和可变块大小等，以提供更好的压缩效率和视频质量。

这些视频编码算法的选择取决于具体的应用需求和技术要求。

不同的编码算法有不同的性能和兼容性，用户需要根据实际情况选择最适合的算法。

总之，视频编码是对数字视频信号进行处理和压缩的过程。

数字视频分量编码4：2：2、4：1：1和4：2：0取样格式简介播室数字化分量编码标准.在这里我们可以看到,亮度信号的抽样频率是13.5MHz,两个色差信号的抽样频率是6.75MHz,其抽样频率之比为4:2:2,为此我们也把它称之4:2:2格式.同理,如果3个信号的抽样频率均取l3.5MHz的话,则称为4:4:4格式.4:4:4格式一般用于对信号处理质量要求较高的设备,以适合更高图像质量要求.另外,根据不同场合的需求,经常用到的还有4:1:l和4:2:0格式等等.综上所述,CCIR601建议使得模拟电视的3种制式在数字分量编码标准的基础上得到了统一.今后全世界在数字电视的领域里将统一使用一种制式,不再像模拟时代那样为各种制式间的转换而烦恼.34:1:1与4:2:0格式的区别4:2:2格式是CCIR建议的数字电视演播室数字化分量编码标准.但是在实际工程应用中,我们还经常可以看到其它的格式在使用,例如:为了节约带宽,降低成本,在不影响视觉效果的情况下,还有将色差信号抽样频率取为较低标准的4:l:1和4:2:0格式.那么4:1:1和4:2:0格式之间有什么相同之处,又有什么差别呢?首先相同之处在于4:1:l和4:2:0格式对亮度Y信号的处理是相同的,都以13.5MHz的抽样频率取样,区别在色差信号的处理方面.对于4:l:l来说,比较好理解,即色差信号Cr和Cb分别以3.375MHz的频率取样,Y,Cr和Cb的比值为4:l:l.在数据传送时,每一行传送亮度样值Y为720个,色差样值Cr和Cb各180个, Cr和Cb样值的总和为360个.对于4:2:0来说,则采用了另一种处理方式,即对色差信号Cr和Cb都以6.75MHz的频率取样,但在数据传送时,除亮度样值Y为720个外,每一行只传送两种色差样值Cr和Cb其中的一种,其样值也为360个,两种色差样值每行交替传送,这就是通常所说的4:2:0取样格式.在两种系统中,cr和Cb取样的起点和Y是相同的.在这里我们要注意4:2:0中的0,它表示的是两种色差样值在传送时是每行交替进行的,而绝不是有一个色差信号不取样.这点比较容易被人误解.概括起来说,4:1:l格式在每一个有效行内,都有亮度样值720个,色差样值cr和Cb各180个;而4:2:0格式在每一个有效行内,除有亮度样值720个外,只有色差样值Cr或Cb其中的一种360个出现, 在相邻的有效行之间Cr,Cb交替出现.这就是4:l:l和4:2:0的不同之处.●——Y信号样值0——cr信号样值0——cb信号样值图13种取样格式的比较图1所示为3种取样格式的比较.从图中可以看出,4:2:0并非Cb取样为0,而是和4:1:1相比,在水平方向上提高1倍色差采样频率,但在垂直方向上以Cr,Cb间隔的方式减小一半色差采样.44:1:1与4:2:0的优缺点4:l:1与4:2:0这两种取样格式孰优孰劣不能一概而论,它们对图像质量的影响各有利弊.4:2:0是在垂直方向上牺牲了彩色清晰度,而4:1:1则是在水平方向上牺牲了彩色清晰度.就直观上讲,前者在显示方面有一定优势,因为人眼对水平方向上的细节更敏感一些,而后者在多代复制性能上表现得更加突出一些.一般在Dv实际应用中,NTSC制式采用4:1:1格式,PAL采用4:2:0格式.4:2:2是CCIR601建议的格式,它比较完整地保留了模拟视频信号的原始信息.而4:l:l和4:2:0这两种格式相对于4:2:2格式来说,随着色差信号取样频率减半,带宽也随之减半.这样便可以大量地节省带宽,但是它们的缺点也是显而易见的.彩色信号带宽信息减半,场取样比减半,导致了后期制作中的一些重要信号信息的丢失,如色键等.因此由这两种非标准取样格式而产生的彩色数字电视信号就不再适合作高质量的多代编辑,但是用于普通的新闻采访和窄带传输却是绰绰有余.用平常的话说就是牺牲带宽而换得节省设备费用. 4:2:2格式同4:1:1及4:2:0格式系统相比,其高质量视频图像的效果是显而易见的.(收稿日期2007—0卜04)师.作者简介:杨林,男,本科学历,高级工程2007年第02期l03厘亚亚亚匝¨一●=●二●=●一圆圈圈圆圆圃抛图匮匝匝一一一一一。

YUV的色域一、YUV概述YUV是一种常用的颜色编码格式，常用于视频压缩、传输和显示等领域。

现已成为数字电视和视频通信领域的一种标准颜色编码格式。

YUV格式的名字来源于其三个分量：Y、U和V。

其中，Y代表亮度分量，U 和V代表色度分量。

亮度分量（Y）表示图像的明暗程度，色度分量（U和V）表示图像的颜色信息。

这种分离亮度和色度的方式使得YUV在处理图像时更为高效，尤其是在视频压缩方面。

二、YUV的色域组成YUV的色域组成是由其色度分量（U和V）所决定的。

色度分量决定了图像的颜色信息，而亮度分量决定了图像的明暗程度。

在YUV格式中，色度分量U 和V的取值范围通常为[-0.5, 0.5]，这样就能表示大部分的颜色信息。

YUV的色域组成通常由一个色度图来表示，其中每个像素点表示一种颜色。

通过色度图，可以直观地看到YUV色域的范围和分布情况。

与RGB等其他颜色编码格式相比，YUV的色域较小，这意味着其在表示一些颜色时可能会丢失一些细节。

三、YUV的优点与局限性YUV作为常用的颜色编码格式，具有以下优点：1.高效性：与RGB相比，YUV更加高效，因为其将亮度信息和色度信息分离处理。

在视频压缩和传输过程中，这种分离处理方式能够大大减少数据量，提高传输效率。

2.兼容性：由于YUV格式已经成为数字电视和视频通信领域的标准格式，因此其被广泛应用于各种设备和系统，具有很好的兼容性。

3.稳定性：YUV格式具有较好的稳定性，不易受到光照、色彩和几何失真的影响，因此在视频处理和传输过程中能够保持较好的图像质量。

然而，YUV也存在一些局限性：1.色域较小：YUV的色域相对较小，无法覆盖全部的颜色空间，因此在表示一些颜色时可能会丢失一些细节。

2.兼容性带来的问题：由于YUV被广泛应用于各种设备和系统，不同设备和系统间的色域差异可能会导致颜色失真和偏移问题。

为了解决这个问题，需要进行颜色校正和色彩管理。

3.对光照和色彩变化的敏感性：尽管YUV具有一定的稳定性，但在强光照或色彩变化的情况下，可能会出现颜色失真或偏移现象。

视频编码标准视频编码标准是指对视频图像进行压缩和编码的技术规范，它对视频图像的质量、压缩率、传输速率等方面进行了统一规定，以便不同厂家的设备和软件能够互相兼容、互相通信。

视频编码标准的制定对于视频传输、存储、处理等方面具有重要意义，下面将就几种常见的视频编码标准进行介绍。

首先，我们来谈谈H.264/AVC标准。

H.264/AVC是一种先进的视频编码标准，它在图像质量和压缩率方面都有较大的提高。

H.264/AVC标准采用了先进的运动补偿、变换编码和熵编码等技术，能够将视频信号压缩到很小的体积，并且保持较高的图像质量。

因此，H.264/AVC标准被广泛应用于数字电视、互联网视频、手机多媒体等领域。

其次，我们介绍一下H.265/HEVC标准。

H.265/HEVC是H.264/AVC的后继标准，它在视频压缩方面有了更大的突破。

H.265/HEVC标准采用了更加先进的运动估计、变换编码和熵编码等技术，能够将视频信号压缩到更小的体积，同时保持更高的图像质量。

相比于H.264/AVC标准，H.265/HEVC标准在同样的图像质量下，可以实现更高的压缩率，因此在4K超高清视频、8K超高清视频等方面具有更大的优势。

另外，我们还要提到VP9标准。

VP9是由Google公司推出的一种开放式视频编码标准，它主要应用于互联网视频领域。

VP9标准采用了先进的预测编码、变换编码和熵编码等技术，能够将视频信号压缩到更小的体积，并且保持较高的图像质量。

与H.264/AVC和H.265/HEVC标准相比，VP9标准具有更好的压缩性能，能够在同样的码率下实现更高的图像质量。

总的来说，视频编码标准在不断地发展和完善，不同的标准在不同的应用领域都有着各自的优势。

随着科技的不断进步，相信未来会有更多更先进的视频编码标准出现，为视频传输、存储、处理等方面带来更大的便利和效益。

YCbCr百科名片YCbCr是DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中，常用的色彩编码方案。

YCbCr 有时会称为 YCC.。

Y'CbCr 在模拟分量视频（analog component video）中也常被称为 YPbPr。

YCbCr不是一种绝对色彩空间，是YUV压缩和偏移的版本。

正如几何上用坐标空间来描述坐标集合, 色彩空间用数学方式来描述颜色集合。

常见的3 个基本色彩模型是RGB , CMYK和YUV。

YCbCr 则是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU - R BT1601 建议的一部分, 其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。

其中Y与YUV 中的Y 含义一致, Cb , Cr 同样都指色彩, 只是在表示方法上不同而已。

在YUV 家族中, YCbCr 是在计算机系统中应用最多的成员, 其应用领域很广泛,JPEG、MPEG均采用此格式。

一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。

YCbCr 有许多取样格式, 如4∶4∶4 , 4∶2∶2 , 4∶1∶1 和4∶2∶0。

YUV视频编解码器功能视频编码器要求YUV4:2:0格式的视频输入，因此可能根据应用需要进行视频输入的预处理，即对YUV4:2:2隔行扫描(例如从摄像机)到YUV 4:2:0非隔行扫描转换，仅抽取但不过滤UV分。

对视频解码器而言，还需要进行后处理，以将解码的YUV 4:2:0数据转换为RGB进行显示，包括：YUV 4:2:0到RGB转换；16位或12位RGB显示格式；0到90度旋转，实现横向或纵向显示。

此外，视频编解码器通常还要求具有以下功能和特性：支持MPEG-4简单类0、1 与 2 级；兼容H.263与 MPEG-4 编解码标准；MPEG-4视频解码器支持的可选项有：AC/DC预测、可逆可变长度编码(RVLC)、再同步标志(RM)、数据分割(DP)、错误隐藏专利技术、支持每个宏块4个运动矢量(4MV)、自由运动补偿、解码VOS层；MPEG-4视频编码器选项有：RVLC、RM、DP、支持每个宏块4个运动矢量(4MV)、报头扩展码、支持编码期间码率改变、支持编码期间编码帧率改变、插入或不插入可视对象序列起始码；支持编码期间序列中插入I帧；支持编码器自适应帧内刷新(AIR)；支持多编解码器，可用相同代码运行多个编解码器实例。

视频编码的基本原理视频编码是将视频信号转化为数字数据，以便存储、传输和处理的过程。

基本原理包括以下几个方面：1. 空间域压缩（Spatial Compression）：视频信号中的冗余信息主要分为空间冗余和时间冗余。

空间域压缩通过去除空间冗余来减少数据量。

其中，最常用的方法是基于离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）的压缩方法。

DCT将视频分解为一组频率分量，通过保留重要的频率成分，舍弃不重要的频率成分来进行压缩。

2. 时域压缩（Temporal Compression）：视频信号中的时间冗余主要源于帧间的冗余信息。

时域压缩通过利用帧间跳动（Inter-frame Prediction）来减少冗余。

常用的方法有帧内预测（Intra-frame Prediction）和帧间预测（Inter-frame Prediction）。

帧内预测利用当前帧的局部像素信息来预测当前帧的像素值，帧间预测利用前后帧之间的相关性来预测当前帧的像素值。

通过将预测误差编码为残差（Residuals），可以进一步减少数据量。

3. 熵编码（Entropy Coding）：熵编码主要用于进一步减小数据量，通过统计学原理将频繁出现的信息用较少的比特表示，而将不经常出现的信息用较多的比特表示。

最常用的方法是霍夫曼编码（Huffman Coding），它将出现概率较高的符号用较短的编码表示，出现概率较低的符号用较长的编码表示。

4. 帧率控制（Frame rate control）：帧率控制用于调整视频的播放速率和帧率。

通过控制每秒播放的帧数，可以达到节省存储空间和降低传输带宽的目的。

帧率控制方法包括丢帧（Frame Dropping）和插帧（Frame Interpolation）。

丢帧方法根据需要丢弃一些帧，插帧方法则根据需要生成新的帧。

综上所述，视频编码的基本原理包括空间域压缩、时域压缩、熵编码和帧率控制等。

视频编码标准视频编码标准是指在数字视频压缩领域中，为了实现视频信号的高效传输和存储而制定的一系列技术规范和标准。

视频编码标准的制定是为了提高视频压缩的效率，降低数据传输和存储的成本，同时保证视频质量的清晰度和流畅度。

在当前数字化信息时代，视频编码标准已经成为数字视频产业发展的重要基础，对于视频压缩、传输和存储等方面起着至关重要的作用。

MPEG系列是视频编码标准中最为知名和广泛应用的一类标准。

MPEG-2是广播和DVD视频的标准，它采用了一种基于DCT（离散余弦变换）的视频压缩算法，可以在有限的带宽下传输高质量的视频信号。

MPEG-4则是一种更加先进的视频编码标准，它支持更多的多媒体功能，包括视频、音频、文本和二维/三维图形等。

而H.264/AVC是一种更高效的视频编码标准，它可以提供更好的视频质量和更小的文件大小，适用于互联网视频传输和高清晰度电视等领域。

除了MPEG系列外，还有一些其他的视频编码标准，如VC-1、VP9等。

这些标准在不同的应用场景下有着各自的优势和特点，可以根据具体的需求选择合适的编码标准。

在选择视频编码标准时，需要考虑到视频信号的特性、传输带宽、存储容量、解码器的性能等因素，以达到最佳的视频压缩效果。

随着4K、8K超高清视频的兴起，视频编码标准也在不断地发展和完善。

新一代的视频编码标准HEVC（High Efficiency Video Coding）已经成为了4K视频的主流标准，它可以将视频压缩率提高到原先的一半，同时保持相同的视频质量。

未来，随着技术的不断进步，视频编码标准将会更加高效和先进，为数字视频的传输和存储提供更好的支持。

总的来说，视频编码标准是数字视频产业发展的重要基础，它对于视频压缩、传输和存储起着至关重要的作用。

随着技术的不断进步，视频编码标准将会不断地发展和完善，为数字视频的传输和存储提供更好的支持。

在选择视频编码标准时，需要根据具体的应用需求和技术特点进行综合考虑，以达到最佳的视频压缩效果。

⽬前主流的⼏种数字视频压缩编解码标准（转载）上⼀篇主要讲了H.264，接下来我们看⼀下其他编解码标准。

参看：参看：参看：JPEG联合图⽚专家组（JPEG，Joint Photographic Experts Group）是作为国际标准化组织（ISO）与电报电话国际协会（CCITT，国际电信联盟ITU的前⾝）的联合⼯作委员会于1987年成⽴的，于1988年成⽴JBIG（Joint Bi-level Image Experts Group），现在同属ISO/IECJTC1/SC29 WG1(ITU-T SG8)，专门致⼒于静⽌图⽚（still images）压缩。

JPEG已开发三个图像标准。

第⼀个直接称为JPEG标准，正式名称叫“连续⾊调静⽌图像的数字压缩编码”（Digital Compression and Coding of Continuous-tone still Images）, 1992年正式通过。

JPEG开发的第⼆个标准是JPEG-LS（ISO/IEC 14495, 1999）。

JPEG-LS仍然是静⽌图像⽆损编码，能提供接近有损压缩压缩率。

JPEG 的最新标准是JPEG 2000（ISO/IEC 15444, 等同的ITU-T编号T.800），于1999年3⽉形成⼯作草案，2000年底成为正式标准（第⼀部分）。

根据JPEG专家组的⽬标，该标准将不仅能提⾼对图像的压缩质量，尤其是低码率时的压缩质量，⽽且还将得到许多新功能，包括根据图像质量，视觉感受和分辨率进⾏渐进传输，对码流的随机存取和处理，开放结构，向下兼容等。

JPEG标准制定了四种⼯作模式：（1）顺序的基于DCT（Sequential DCT-based ）模式,由DCT（离散余弦变换）系数的形成、量化和熵编码三步组成。

从左到右，从上到下扫描信号，为每个图像编码。

（2）累进的基于DCT（Progressive DCT-based）模式,⽣成DCT系数和量化中的关键步骤与基本顺序编码解码器相同。