技术编程|由新的 H.266 VCC 编码展开，简单聊聊视频编码 |

当地时间 7 月 7 日，德国 Fraunhofer HHI（弗劳恩霍夫协会，欧洲最大的应用科学研究机构）宣布推出全新的视频编码标准 —— H.266 / VCC ，即「多功能视频编码 / Versatile Video Coding」。

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那么，什么是「视频编码」？为什么要有「视频编码」这种东西？为什么存在那么多视频编码种类？藉着这个机会，我们来简单聊聊这个话题。
▍为什么要编码呢？
我们知道，进入数码时代，无论是文字、图片、音频还是视频，都是以比特为最小单位， 0、1 的形式记录、存储的。

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以视频拍摄为例，现实画面进入被手机、相机、摄像机等设备拍摄下来，就必须将画面转成数字信号，硬盘、存储卡等存储设备才能记录下来，而这个转化过程需要借助到「编码」；如果要将视频文件转化成肉眼可见的图像画面，则需要经过「解码」的过程。
我们也知道，所谓的视频，其实可以看作是一张张照片，按照顺序以恒定的速度播放的「高速幻灯片」，再同步以音频。理论上，视频的体积跟视频画质是正相关的，视频画质越高，说明画面记录的细节越多，体积自然也会越高。
如果一个视频文件以最笨的方法，直接将所有照片都记录在内，想象一下，一部 1 小时电影每秒显示 24 张图片（甚至每秒显示 30、60、120 张图片），那么这个文件的体积该得多大？再者，数字播放设备（包括传输）承受的数据流量也会非常大 —— 而「视频编码」，一定程度上就是为解决这一系列问题诞生的。

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「视频编码」，可以理解为是将视频光信号数码化并压缩的过程，这个过程需要用到「编码器」；所谓的编码器，其实可以理解为这一转换过程的一套「标准规则」。
▍两大编码方式
既然说「编码器」是一套「标准规则」，那么我们可以从不同的角度来制定标准和规则。
不同的编码器，会采用有不同的「编码方式」，但基本可以总结为两大类 —— 「帧内编码」和「帧间编码」。
「帧内编码」是以单个帧，也就是单个图像进行「压缩」，缩小单帧的体积，进而控制整体视频的体积，这种编码方式，或者说是「压缩方式」的上下帧画面是基本没有压缩关系的。这样做的缺点是整体的压缩率比较低，优点是设备读取的压力小，甚至能保留更多画面细节，理论上更利于视频后期。

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而「帧间编码」走的是另一条路，是利用帧与帧之间画面变化来进行压缩的，这种方式主要会记录下两帧（关键帧）之间（一般是不相邻的帧）的变化。相比起「帧内编码」，这种编码方式的整体压缩率会更高，但在设备读取回放时，需要通过比对来计算出下一帧画面，这样设备读取的压力也会更大些。
▍不同的编码格式
视频编码的方式有两种，但视频编码格式可谓是种类繁多。
早在 VCD 的时代，就采用了 MPEG-1 编码格式，这种编码格式视频压缩率大概在 1/100~1/200 之间，在画面变换幅度较大的画面容易产生马赛克。

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MPEG-1 的编码格式诞生于 MPEG ，也就是动态影像专家小组（Moving Picture Experts Group）之手，这个组织后来还制定了 MPEG-2、MPEG-4 等标准（MPEG-3 为纯音频标准，不在本文讨论范围内）， MPEG-2 成为了后来的 DVD 编码格式。
如今通用性最高的视频编码格式是 H.264 ，也就是 AVC 高级视频编码（Advanced Viedo Coding）。 H.264 能在同等的画面质量上拥有比 MPEG-2 还要高出 2~3 倍的压缩比，在网络传播的过程中能占据更少的带宽，因此被广泛使用。

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H.265 ，即 HEVC 高效率视频编码（High Efficiency Video Coding），可以看作是 H.264 的升级版，从名字可知它比 H.264 拥有更高的压缩效率，据说最高能降低近一半的带宽占用，虽然苹果全面推进 H.265 编码，但普及程度远不及 H.264 。

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而几天前推出的 H.266（VVC），压缩效率再进一步，据说能比 H.265 编码再节省一半的容量，首款支持 H.266 的软编解码器得等到秋季。这一次 Fraunhofer HHI 已经跟 Apple、微软、高通、Intel、爱立信、索尼、华为等进行了合作，或许 H.266 的推进速度会比 H.265 更快。
以上几种编码格式，都属于上面提到的「帧间编码」，不过当中的 H.264、H.265 等都需要不菲的授权费（新的 H.266 收费模式未知）；而 Google 推出的 VP9 ，还有多家科技公司联合推出的 AV1 ，都属于「帧间编码」，关键无需高昂的授权费。

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除了以上的编码格式，苹果也推出名为 ProRes 的解码格式，则属「帧内编码」，高画面保留度和低设备压力，对后期流畅剪辑有不少帮助，富士的 GFX100、尼康 Z6、Z7、适马 fp 等为数不多的相机支持这一编码。

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除了苹果的 ProRes ，还有一种单帧图像以 JPEG 图像为编码的「帧内视频编码」，名为 M-JPEG；不过这种格式比帧间编码，画质算不上太好，比起 ProRes 等帧内编码格式，细节的保留也不够好，定位尴尬，所以用这种编码格式录制的设备越来越少了。
▍视频编码无「万金油」
科技在发展，技术在进步，光纤、5G、Wi-Fi 6 为我们提供了更加快速的、更大带宽的网络，我们能更轻易从互联网获得大量数据，欣赏到更高质的影片，但背后却会增大内容供应商的服务器压力；标准高了，配套的解决方案也得跟得上，而「视频解码」就是当中的配套解决方案之一，它需要不断进化以适应整个需求的发展。
当然，世界上也并没有「万金油」视频解码格式，多种编码格式有各自的地位和作用，从视频生产、加工、运输、发放过程中，不同的编码格式会对有不同的效益需求产生作用；甚至在从视频生产到发放的整个链条中，一个视频可能会经过不止一次的转码，以适应不同过程的需求。

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