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十亿网民,九亿都在刷视频,却没一个人了解视频技术

刘永祥 / 2322人阅读

摘要:我们每天都在刷的各种短视频抖音快手长视频优酷爱奇艺腾讯视频等等直播平台斗鱼虎牙,却根本没人真正了解过这些音视频技术,今天就让博主用一篇文章教会废大家一些基本的音视频技术常识。为什么要对视频数据进行压缩因为一个未经压缩过的视频体积过于巨大。

我们每天都在刷的各种短视频(抖音、快手)、长视频(优酷、爱奇艺、腾讯视频、Bilibili等等)、直播平台(斗鱼、虎牙),却根本没人真正了解过这些音视频技术,今天就让博主用一篇文章教会(废)大家一些基本的音视频技术“常识”。

什么是视频?

首先,作为还未入门视频技术的萌新,最最重要的就是要搞懂一件事,那究竟什么是视频

很多同学第一个肯定想到什么“苍-老-师、武-藤-老-师”之类的经典avi教学视频。

侬脑子都想啥呢?没看错,当然是教学视频。作为喜欢学习、爱好学习和兴趣也是学习的三好同学,还能是啥?难道博主是这么肤浅的人吗?

扯远了,咱们还是回归主题。

视频的本质

其实视频就是连续的图像画面和连续的声音片段。

视频格式

只不过大多数时候,视频都需要存储到某些介质上,比如以前的磁带,软盘,光盘,蓝光光盘,U盘,存满各种老师精彩教学片段的硬盘等等。
视频本身只是数据,要存储视频数据,就需要以一定的格式去存放,还要标上这个视频名称、视频画面的宽和高(也就是分辨率),播放速度(也就是帧率)等等信息,这个东西就是视频格式,大家可以理解成是收纳箱,把视频存放起来,只不过这个视频格式又很多,比如常见的”mp4“、”aiv“,”avi“,”flv“等等格式。

视频编码和音频编码

虽然上面大家已经知道”mp4“、”aiv“,”avi“,”flv“等等这些格式只是个存储音视频数据的容器而已,但是我们还是没讲,这些容器里面究竟存放是什么样的音视频数据。
市面上绝大部分视频格式存放的都是经过压缩过的音视频数据,也就是所谓的h263、h264、h265(hevc)、vp8、vp9、av1视频编码以及mp3、aac、g711等音频编码

除了部分早期视频编码mpeg和部分无损音频编码以外,大部分都是有损压缩,也就是通过缩减数据量来达到减少音视频体积的目的。

为什么要对视频数据进行压缩?

因为一个未经压缩过的视频体积过于巨大。

在详细回答这个问题之前,我们先来了解一下视频未经压缩前是什么样的数据。

图像像素格式和音频采样格式

视频未经压缩前的原始数据一般是rgb图像像素、yuv分量数据pcm声音采样格式

尽管图像和显示设备都是以rgb作为基本色彩来混合生成其他颜色,但是视频里又不得不提yuv分量数据,这是为什么呢?
这是为了兼容黑白电视,因为黑白电视只需要用到Y分量来控制亮度/灰阶就可以播放画面了。
从彩色电视就已经开始使用rgb像素数据来成像,但是谁让彩色电视比黑白电视晚出现几十年呢,所以不得不兼容老的黑白电视的格式,而且yuv比rgb数据占用数据更少,更适合传输和存储,因此yuv也就成为视频的主流像素格式了。

到这里,大家应该了解了,视频未经压缩前的原始数据大概是什么情况了,我们再次回到上面的问题,为什么要对视频数据进行压缩?

举个简单的例子:

咱们假设有一个视频,它的分辨率是1920x1080,帧率是25fps,那么问题来了,这个视频一秒钟需要传输多少数据呢?
答案是:51,840,000字节/秒,约等于50,625kbps/s,约等于50M/s
别急着往下翻,这只是1秒钟的数据量而已,咱们平时看一部普通的电影,一般是100分钟对吧,100分钟就是6000秒钟,那么这部普通的未经压缩的电影视频应该是多少呢?
300,000M,也就是约等于:29G

一部100分钟电影未经压缩就需要接近30G的空间,这显然太大了,这得要多大的硬盘才能放得下老司机们的”老师们“。
现在可能大家家里普遍都装了100兆比特以上宽带了,但是以前连1兆比特的小水管都没有,所以搞音视频的前辈们就想出了一个”馊主意“,压缩视频,实在压缩不了,就算降低画质也要尽可能的压缩。

为什么有些视频就算压缩也压缩不了太多?

这是因为图像压缩的本质,其实就是基于对多个相同或者相似像素点的压缩,通过把相同或者相似的像素点提取出来作为”公因式“,唯一的像素点就没办法了,只能保留原样。也就是说,如果视频画面里的每个像素点都是整个画面唯一的颜色值,那么整个图像画面就没办法压缩。

后来又出现了基于像素运动估算的压缩算法,就是基于个画面组进行像素运动估计,因为大部分时候画面都是静止的,只有少部分的动态画面,所以就有人想出来这种方式,对静态画面进行压缩,对于动态画面少压缩,尽可能保证动态画面清晰。但是这样也有个缺点,那就是动态画面太多,视频压缩也不高就是了。

点播和直播

播放这些存储起来的视频就是点播。很多网站(油管、爱、优、腾、B站、抖yin等等)提供这种存储了大量的电影电视剧,然后提供各种广告和付费观看服务,就是我们日常中刷的最多的也是最为常见的视频点播服务

而不需要存储,直接实时转发,能够以较低延迟就能看到实时画面和声音的就是直播。比如常见的虎 牙、dou鱼等等直播平台。

如果觉得博主写得还不错,又对音视频技术感兴趣,或者想要阅读更多博主关于音视频技术的专栏,可以继续阅读博主的其他专栏文章。

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