视频压缩编码

1.视频编码基本原理

（1）  视频信号的冗余信息

以记录数字视频的YUV分量格式为例，YUV分别代表亮度与两个色差信号。例如对于现有的PAL制电视系统，其亮度信号采样频率为13.5MHz；色度信号的频带通常为亮度信号的一半或更少，为6.75MHz或3.375MHz。以4：2：2的采样频率为例，Y信号采用13.5MHz，色度信号U和V采用6.75MHz采样，采样信号以8bit量化，则可以计算出数字视频的码率为：

13.5*8 + 6.75*8 + 6.75*8= 216Mbit/s

如此大的数据量如果直接进行存储或传输将会遇到很大困难，因此必须采用压缩技术以减少码率。

上面这段博文内容摘自雷霄骅的博文，我在这里只是站在巨人的肩膀上，添加一点自己初学时的困扰，方便流于大家学习，首先从采样来说，任何模拟信号数字化的必须手段就是采样、量化、编码。为什么要采样？因为我们生物学观察到的模拟信号都是连续的，这些连续的信号没有办法全部转化为数字信号，但是根据奈奎斯特定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始模拟信号中的信息。

如上图，我们以4倍模拟视频频率采样，后基本可以原样还原原来的模拟信号。

一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.56～4倍；现在我们知道了为什么要采样，那么对于视频信号怎么采样呢？这是我们接下来要将的重点，视频采样依赖于所基于的色彩模式，如果对色彩模式不太了解的同志，自行充电。下面我们以目前通常使用的YUV彩色模式来说明，根据实验与科学论证，人体对Y分量（亮度分量）的敏感度要比U/V分量（色度分量）的敏感度大的多，所以采样时我们尽量多采集一些Y分量信息，少采集一点U/V分量。这也就解释了为什么常用的采样频率比为4：2：2或4：2：0。

YUV格式

主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比较常用，其含义为：每个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值)，每 2x2 个点保存一个 Cr 和Cb 值,图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以， 原来用 RGB(R，G，B 都是 8bit unsigned) 模型， 1个点需要 8x3=24 bits（如下图第一个图），（全采样后，YUV仍各占8bit）。按4:1:1采样后，而现在平均仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits（4个点，8*4（Y）+8(U)+8(V)=48bits）, 平均每个点占12bits(如下图第二个图)。这样就把图像的数据压缩了一半。