1.2.3　视频信号的压缩编码

虽然网络的发展可使有效带宽变得越来越宽，但实际上由于网络视频用户数量的不断增加和视频图像分辨率的不断提高而导致的视频数据量的增长速度，远比有效带宽的增长速度快，因此视频图像信号的有效压缩始终是保证网络视频流传输通畅的一项重要措施。

为了适应网络带宽对视频信息限制，自20世纪80年代以来，视频压缩编码（Video Compression Coding）技术开始逐步走出实验室，广泛应用于社会的各个领域。视频压缩编码简称视频编码或视频压缩，其方法种类繁多，但对于使用最为广泛的基于视频数据统计特性的经典压缩方法而言，从信息保持的角度可以将它们分为无信息损失的压缩（无损压缩）和有信息损失的压缩（有损压缩）两大类。

无损压缩利用数据的统计冗余（数据之间的相关性、可预测性）进行压缩，以预测编码和熵编码为基础，可完全恢复原始数据而不引入任何失真，但其压缩率受到数据统计冗余度的理论限制，一般不超过10：1。此类方法广泛用于文本数据、程序和特殊应用场合的图像数据（如指纹图像、医学图像等）的压缩。

鉴于压缩比的限制，仅使用无损压缩方法不可能解决数字图像和视频在存储和传输应用中的海量数据问题。因此，视频有损压缩方法也得到了迅速发展，它除了利用统计冗余进行压缩编码外，还利用视频数据的视觉冗余特性，即利用人类视觉系统（HVS，Human Vision System）对视频信息中某些失真不敏感的特性，允许压缩过程中损失一定的信息，这虽然不能在解码端完全恢复原始数据，但所损失的部分信息对理解原始图像的影响相对较小（即视觉无明显失真），同时却换来了相当大的压缩率。有损压缩最主要的压缩措施是量化处理，合并和丢弃一些不重要的信息，达到大幅度压缩数据量的目的。在实际的视频编码中，往往是有损压缩和无损压缩技术综合使用，包括预测编码、变换编码、熵编码、运动估计和补偿、环路滤波等技术。

国际标准化组织（ISO，International Organization for Standardization）、国际电子学委员会（IEC，International Electronics Committee）、国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union）等组织自20世纪90年代以来，领导制订了两个有关视频图像压缩编码的系列国际标准：H.261/2/4/5系列标准和MPEG-1/2/4系列标准。这些标准采用的图像压缩技术融合了多种性能优良的图像编码方法，代表当时图像编码的发展水平。在最近的10年中，我国也制定了自己的一系列音频和视频（编码）标准（AVS，Audio Video Standard），并在工程中得到了广泛应用。

所有的这些视频编码标准，都有一个共同不断追求的目标，即在尽可能低的码率下获得尽可能好的图像质量。例如，目前实际应用最为广泛的视频编码H.264/AVC标准，它是由ISO/IEC和ITU-T两大国际标准化组织共同制定的，具有很高的编码效率。H.264/AVC和以前的标准一样，也是采用预测加变换的混合编码模式。但它倡导“回归基本”的简洁设计理念，不用众多的选项，获得比H.263好得多的压缩性能。H.264/AVC的应用目标范围较宽，加强了对各种信道的适应能力，以满足不同速率、不同解析度以及不同传输场合的需求。同时采用“网络友好”（Network Friendly）的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理。近年来，由ISO/IEC和ITU-T制定的H.265/HEVC标准又在H.264/AVC的基础上将压缩性能提高一倍，正在逐步推广使用中，不久，就可能取代H.264/AVC而成为主流的视频编码标准。