视频编码与压缩技术发展史

视频编解码与压缩技术发展史

杨超2009级计算机科学与技术2班200930583011

【摘要】：正1两个阶段网络视频是多媒体技术与互联网技术相结合的产物,其发展可分为两个阶段:非流式传输阶段与流式传输阶段。在非流式传输阶段,受到互联网带宽、传输技术及多媒体技术的制约,用户通过网络体验多媒体应用必须将全部的媒体文件下载完毕,而后在本地运行。虽然在此过程中需要应用网络环境及多媒体技术,但其漫长的下载速度让人无法忍受，故衍生出流式传输方法，以及各种视频压缩技术

【关键词】：多媒体技术非流式传输网络环境流媒体技术网络视频多媒体应用互联网技术相结合流媒体传输阶段视频压缩

编码技术的两个阶段

网络视频是多媒体技术与互联网技术相结合的产物，其发展可分为两个阶段：非流式传输阶段与流式传输阶段。

在非流式传输阶段，受到互联网带宽、传输技术及多媒体技术的制约，用户通过网络体验多媒体应用必须将全部的媒体文件下载完毕，而后在本地运行。虽然在此过程中需要应用网络环境及多媒体技术，但其漫长的下载等待过程往往使人心烦不已。随着应用的推动，技术的进步，流式传输阶段应需而至。

流式传输阶段是在多媒体技术和网络传输技术进步的条件下产生，它的主要特征是采用了流媒体技术(Streaming Media)——在网络上的多媒体内容经算法压缩、编码后以基数据流的形式传输，配合特定的网络控制和辅助协议，利用缓冲技术，在客户端只获取部分数据情况下，实现无间断实时顺序播放。作为一种新兴的网络技术，流媒体传输涵盖了数据采集、视/音频编解码、存储、传输、播放等多个学科，是现代网络、多媒体及相关技术的综合应用。

标准的历史演进

作为一种多学科技术综合应用的实践，流媒体的发展经历了漫长的历程，直到现在，仍然是非流式传输与流式传输并存。在流媒体传输众多的技术当中，编/解码、压缩技术的地位十分关键，其发展对网络多媒体应用有着重要推动作用。

1988年，国际标准化组织(ISO/IEC)的活动图像编码专家组(MPEG)成立，目的在于制定“活动图像和音频编码”标准。

1993年，MPEG推出其第一个国际标准MPEG-1(用于VCD和MP3格式的压缩编码)；

1994年，MPEG-2标准出台(DVD的编码标准)，带动了广播级的数字电视的发展。

到1999年，MPEG-4标准的第一版出台，由于它提供了低码率、高质量的音视频压缩、编码方案，推动了网络视频的进一步发展，而后续MPEG小组与ITU-T合作推出的MPEG/AVC/H.264标准相比之前的编码、压缩标准更是可以减省50%的码率，能在更窄的带宽条件下实现高质量的流媒体播放效果，这使其风靡全球。与此同时，国际电信联盟(ITU-T)的视频编码专家组(VCEG)也推出了H.261、H.263等压缩，编/解码国际标准，旨在推动视讯电话和视频会议的发展。而H.323与H.324

则是ITU-T的VCEG小组为交谈式视讯电话及视讯会议推出的标准，其中前者是基于封包交换网络(IP-based)，后者是基于传统的电话交换网络。

不是标准的“标准”

此外还有许多不是标准但应用很广的编/解码压缩技术，如：1995年，美国Real Networks公司率先将其流媒体编/解码技术(Real Video)商用化，推出首款流媒体播放器Real audio(支持格式为Ra)，推动了在线广播与网络音乐发展。

1997年，Real player(支持格式为Rm)的推出，进一步推动了多媒体的网络应用。不久之后，微软也推出了其耗资5亿美元,历时三年研发的流媒体技术Windows Media Technology(支持文件格式为asf)，正式开始了和Real Networks公司的竞争。同时，Apple电脑公司也推出了自有专利的跨平台流媒体技术Quick Time(支持格式为mov)。

至今，除了上述三种不是标准的编/解码技术之外，由Macromedia公司开发，基于Shockwave 技术的流式动画数据格式(swf)，因为其能够以较小的体积来表现丰富的多媒体，并且支持流式传输，特别是在传输速率不佳的情况下，也能取得较好的效果，现在也十分流行；而基于Authorware软件生成的aam或aas格式文件，可利用Shockwave技术改造为网上传输的流式多媒体课件，用来辅助教学，因而也得到了广泛应用。Mts是Meta Creations公司推出的流式三维技术，作为一种3D开放性文件标准，可用于网络3D图形实时传输和网络游戏，也成了不是标准的“标准”。

除了编/解码技术，在流媒体的发展史中，网络传输技术及网络环境的的因素也不可忽视。众所周知，互联网信息传输的基础是TCP/IP协议，而TCP/IP协议在早期设计时对流媒体应用考虑不够充分，对于流式传输(音、视频)的数据如何提高传输效率，如何同步数据，如何保证及优化质量(QoS)，如何协调资源等都没有专门的保障机制，所以就应用而生了rtp(real-time transport protocol)实时传输协议、rtcp(real-time transport control protocol)实时传输控制协议、rtsp(real-time streaming protocol)实时流协议、rsvp(resource reserve protocol)资源预留协议等标准来辅助流媒体技术的实现。而在网络环境方面，由最初的modem(64kbps)、ISDN、xDSL、Cable modem到现在的FTTH(光纤到户，百兆到桌面)等接入技术飞速发展，也为多媒体时代的到来做好了准备。

视频压缩标准

数字视频技术广泛应用于通信、计算机、广播电视等领域，带来了会议电视、可视电话及数字电视、媒体存储等一系列应用，促使了许多视频编码标准的产生。ITU-T与ISO/IEC是制定视频编码标准的两大组织，ITU-T的标准包括H.261、H.263、H.264，主要应用于实时视频通信领域，如会议电视；MPEG系列标准是由ISO/IEC制定的，主要应用于视频存储(DVD)、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。两个组织也共同制定了一些标准，H.262标准等同于MPEG-2的视频编码标准，而最新的H.264标准则被纳入MPEG-4的第10部分。

按照ITU-T视频编码标准的发展过程，介绍H.261、H.263及H.264。

H.261视频编码标准

H.261是ITU-T为在综合业务数字网(ISDN)上开展双向声像业务(可视电话、视频会议)而制定的，速率为64kb/s的整数倍。H.261只对CIF和QCIF两种图像格式进行处理，每帧图像分成图像层、宏块组(GOB)层、宏块(MB)层、块(Block)层来处理。