即时通讯音视频开发（二）：视频编解码之数字视频介绍

前言

即时通讯应用中的实时音视频技术，几乎是IM开发中的最后一道高墙。原因在于：实时音视频技术 = 音视频处理技术 + 网络传输技术 的横向技术应用集合体，而公共互联网不是为了实时通信设计的。有关实时音视频开发时的技术难题请参见《音视频云声网Agora：从demo到实用，中间还差1万个WebRTC》：http://www.52im.net/article-119-1.html

本文主要讲解实时音视频技术中视频技术的数字视频知识。

系列文章

本文是系列文章中的第2篇，本系列文章的大纲如下：

• 《即时通讯音视频开发（一）：视频编解码之理论概述》
• 《即时通讯音视频开发（二）：视频编解码之数字视频介绍》（本文）
• 《即时通讯音视频开发（三）：视频编解码之编码基础》
• 《即时通讯音视频开发（四）：视频编解码之预测技术介绍》
• 《即时通讯音视频开发（五）：认识主流视频编码技术H.264》
• 《即时通讯音视频开发（六）：如何开始音频编解码技术的学习》
• 《即时通讯音视频开发（七）：音频基础及编码原理入门》
• 《即时通讯音视频开发（八）：常见的实时语音通讯编码标准》
• 《即时通讯音视频开发（九）：实时语音通讯的回音及回音消除概述》
• 《即时通讯音视频开发（十）：实时语音通讯的回音消除技术详解》
• 《即时通讯音视频开发（十一）：实时语音通讯丢包补偿技术详解》
• 《即时通讯音视频开发（十二）：多人实时音视频聊天架构探讨》
• 《即时通讯音视频开发（十三）：实时视频编码H.264的特点与优势》
• 《即时通讯音视频开发（十四）：实时音视频数据传输协议介绍》
• 《即时通讯音视频开发（十五）：聊聊P2P与实时音视频的应用情况》
• 《即时通讯音视频开发（十六）：移动端实时音视频开发的几个建议》
• 《即时通讯音视频开发（十七）：视频编码H.264、V8的前世今生》
• 《即时通讯音视频开发（十八）：详解音频编解码的原理、演进和应用选型》
• 《即时通讯音视频开发（十九）：零基础，史上最通俗视频编码技术入门》（必读）
• 《即时通讯音视频开发（二十）：一文读懂视频的颜色模型转换和色域转换》
  

1. 什么是图像？什么是视频？

图像：
是人对视觉感知的物质再现。三维自然场景的对象包括：深度，纹理和亮度信息。二维图像：纹理和亮度信息。



视频：
连续的图像。视频由多幅图像构成，包含对象的运动信息，又称为运动图像。

2. 何为数字视频？

数字视频可以理解为自然场景空间和时间的数字采样表示。

空间采样的主要技术指标为：解析度（Resolution）


时间采样的主要技术指标为：帧率（帧/秒）

3. 数字视频系统的构成和运行原理

• 采集：照相机，摄像机。
• 处理：编解码器，传输设备
• 显示：显示器。
  

5. 人类视觉系统HVS

HVS的构成：

• 眼睛
• 神经
• 大脑
  

HVS特点：

• 对高频信息不敏感
• 对高对比度更敏感
• 对亮度信息比色度信息更敏感
• 对运动的信息更敏感
  

6. 针对HVS的特点，数字视频系统的设计应该考虑哪些因素？

• 丢弃高频信息，只编码低频信息
• 提高边缘信息的主观质量
• 降低色度的解析度
• 对感兴趣区域（Region of Interesting，ROI）进行特殊处理
  

7. 什么是RGB色彩空间？

三原色分别是红（R），绿（G），蓝（B）。任何颜色都可以通过按一定比例混合三原色产生。

RGB色度空间：

• 由RGB三原色组成
• 广泛用于BMP，TIFF，PPM等
• 每个色度成分通常用8bit表示[0,255]
  

8. 什么是YUV色彩空间？

YUV色彩空间是指，Y：亮度分量，UV：两个色度分量。YUV能更好的反映HVS特点。

9. RGB如何转化到YUV空间？

亮度分量Y与三原色有如下关系：


经过大量实验后ITU-R给出了：
     


主流的编解码标准的压缩对象都是YUV图像。

10. 何为YUV图像分量采样？

YUV图像可以根据HVS的特点，对色度进行分量采样，可以降低视频数据量。

根据亮度和色度分量的采样比率，YUV图像通常有以下几种分量方式：

11. 通用的YUV图像格式有哪些？

根据YUV图像的亮度、分辨率定义了如下图像格式：

12. 如何理解帧和场图像？

一帧图像包括两场——顶场，底场：

13. 逐行与隔行图像

逐行图像是指：一帧图像的两场在同一时间得到，ttop=tbot。
隔行图像是指：一帧图像的两场在不同时间得到， ttop≠tbot。

附录：更多实时音视频技术文章

[1] 开源实时音视频技术WebRTC的文章：
《开源实时音视频技术WebRTC的现状》
《简述开源实时音视频技术WebRTC的优缺点》
《访谈WebRTC标准之父：WebRTC的过去、现在和未来》
《良心分享：WebRTC 零基础开发者教程（中文）[附件下载]》
《WebRTC实时音视频技术的整体架构介绍》
《新手入门：到底什么是WebRTC服务器，以及它是如何联接通话的？》
《WebRTC实时音视频技术基础：基本架构和协议栈》
《浅谈开发实时视频直播平台的技术要点》
《[观点] WebRTC应该选择H.264视频编码的四大理由》
《基于开源WebRTC开发实时音视频靠谱吗？第3方SDK有哪些？》
《开源实时音视频技术WebRTC中RTP/RTCP数据传输协议的应用》
《简述实时音视频聊天中端到端加密（E2EE）的工作原理》
《实时通信RTC技术栈之：视频编解码》
《开源实时音视频技术WebRTC在Windows下的简明编译教程》
《网页端实时音视频技术WebRTC：看起来很美，但离生产应用还有多少坑要填？》
《了不起的WebRTC：生态日趋完善，或将实时音视频技术白菜化》
《腾讯技术分享：微信小程序音视频与WebRTC互通的技术思路和实践》
《融云技术分享：基于WebRTC的实时音视频首帧显示时间优化实践》
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[2] 实时音视频开发的其它精华资料：
《实时语音聊天中的音频处理与编码压缩技术简述》
《网易视频云技术分享：音频处理与压缩技术快速入门》
《学习RFC3550：RTP/RTCP实时传输协议基础知识》
《基于RTMP数据传输协议的实时流媒体技术研究（论文全文）》
《声网架构师谈实时音视频云的实现难点(视频采访)》
《浅谈开发实时视频直播平台的技术要点》
《还在靠“喂喂喂”测试实时语音通话质量？本文教你科学的评测方法！》
《实现延迟低于500毫秒的1080P实时音视频直播的实践分享》
《移动端实时视频直播技术实践：如何做到实时秒开、流畅不卡》
《如何用最简单的方法测试你的实时音视频方案》
《技术揭秘：支持百万级粉丝互动的Facebook实时视频直播》
《简述实时音视频聊天中端到端加密（E2EE）的工作原理》
《移动端实时音视频直播技术详解（一）：开篇》
《移动端实时音视频直播技术详解（二）：采集》
《移动端实时音视频直播技术详解（三）：处理》
《移动端实时音视频直播技术详解（四）：编码和封装》
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（原文链接：http://www.cnblogs.com/xkfz007/archive/2012/08/12/2613690.html）

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好高深，理解的不是恨透

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太棒了，学到了

太基础了，干货不多

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