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技術觀察

《視頻直播技能詳解》之(三):編碼和封裝

七牛云于 6 月底宣布了一個針對視頻直播的及時流網絡 LiveNet 和完整的直播云辦理方案,許多開拓者對這個網絡息爭決方案的細節和利用場景很是感樂趣。

團結七牛及時流網絡 LiveNet 和直播云辦理方案的實踐,我們將用七篇文章,更系統化地先容當下大熱的視頻直播各環節的要害技能,輔佐視頻直播創業者們更全面、深入地相識視頻直播技能,更好地技能選型。

本系列文章綱要如下:

(一)收羅

(二)處理懲罰

(三)編碼和封裝

(四)推流和傳輸

(五)現代播放器道理

(六)延遲優化

(七)SDK 機能測試模子

在上一期的處理懲罰篇中,我們先容了講授常見視頻處理懲罰成果如美顏、視頻水印、濾鏡、連麥等。 本篇是《解密視頻直播技能》系列之三:編碼和封裝。視頻編碼是本系列一個重要的部門,假如把整個流媒體比喻成一個物流系統,那么編解碼就是個中配貨和裝貨的進程,這個進程很是重要,它的速度和壓縮比對物流系統的意義很是大,影響物流系統的整體速度和本錢。同樣,對流媒體傳輸來說,編碼也很是重要,它的編碼機能、編碼速度和編碼壓縮比會直接影響整個流媒體傳輸的用戶體驗和傳輸本錢。

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視頻編碼的意義

原始視頻數據存儲空間大,一個 1080P 的 7 s 視頻需要 817 MB

原始視頻數據傳輸占用帶廣大,10 Mbps 的帶寬傳輸上述 7 s 視頻需要 11 分鐘

而顛末 H.264 編碼壓縮之后,視頻巨細只有 708 k ,10 Mbps 的帶寬僅僅需要 500 ms ,可以滿意及時傳輸的需求,所以從視頻收羅傳感器收羅來的原始視頻勢須要顛末視頻編碼。

根基道理

那為什么龐大的原始視頻可以編碼成很小的視頻呢?這個中的技能是什么呢?焦點思想就是去除冗余信息:

空間冗余:圖像相鄰像素之間有較強的相關性

時間冗余:視頻序列的相鄰圖像之間內容相似

編碼冗余:差異像素值呈現的概率差異

視覺冗余:人的視覺系統對某些細節不敏感

常識冗余:紀律性的布局可由先驗常識和配景常識獲得

視頻本質上講是一系列圖片持續快速的播放,最簡樸的壓縮方法就是對每一幀圖片舉辦壓縮,譬喻較量陳腐的 MJPEG 編碼就是這種編碼方法,這種編碼方法只有幀內編碼,操作空間上的取樣預測來編碼。形象的比喻就是把每幀都作為一張圖片,回收 JPEG 的編碼名目對圖片舉辦壓縮,這種編碼只思量了一張圖片內的冗余信息壓縮,如圖 1,綠色的部門就是當前待編碼的區域,灰色就是尚未編碼的區域,綠色區域可以按照已經編碼的部門舉辦預測(綠色的左邊,下邊,左下等)。

《視頻直播技能詳解》之(三):編碼和封裝

圖 1

可是幀和幀之間因為時間的相關性,后續開拓出了一些較量高級的編碼器可以回收幀間編碼,簡樸點說就是通過搜索算法選定了幀上的某些區域,然后通過計較當前幀和前后參考幀的向量差舉辦編碼的一種形式,通過下面兩個圖 2 持續幀我們可以看到,滑雪的同學是向前位移的,但實際上是雪景在向后位移,P 幀通過參考幀(I 或其他 P 幀)就可以舉辦編碼了,編碼之后的巨細很是小,壓縮比很是高。

《視頻直播技能詳解》之(三):編碼和封裝

圖 2

大概有同學對這兩張圖片怎么來的感樂趣,這里用了 FFmpeg 的兩行呼吁來實現,詳細 FFmpeg 的更多內容請看后續章節:

第一行生成帶有移動矢量的視頻

第二行把每一幀都輸出成圖片

除了空間冗余和時間冗余的壓縮,主要尚有編碼壓縮和視覺壓縮,下面是一個編碼器主要的流程圖:

《視頻直播技能詳解》之(三):編碼和封裝

圖 3

《視頻直播技能詳解》之(三):編碼和封裝

圖 4

圖 3、圖 4 兩個流程,圖 3 是幀內編碼,圖 4 是幀間編碼,從圖上看到的主要區別就是第一步不溝通,其實這兩個流程也是團結在一起的,我們凡是說的 I 幀和 P 幀就是別離回收了幀內編碼和幀間編碼。

編碼器的選擇

前面梳理了一下編碼器的道理和根基流程,編碼器經驗了數十年的成長,已經從開始的只支持幀內編碼演進到現如今的 H.265 和 VP9 為代表的新一代編碼器,就今朝一些常見的編碼器舉辦闡明,帶各人摸索一下編碼器的世界。

1) H.264 簡介

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