辛齊 山東水文水資源局

多媒體視頻文件格式研究與應(yīng)用

辛齊 山東水文水資源局

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，多媒體信息也因其強(qiáng)大的直觀可信性、超大的信息存量、方便的存放傳輸、簡(jiǎn)單的操作而越來(lái)越受到人們的重視，進(jìn)而帶動(dòng)了多媒體文件技術(shù)的發(fā)展。

1 視頻文件格式概述

多媒體視頻文件是多媒體的核心組成，它是音頻流和視頻流經(jīng)過(guò)一定的封裝技術(shù)而生成的可以進(jìn)行媒體播放的文件，按照應(yīng)用環(huán)境分影像視頻文件和流式視頻文件。

1.1 影像視頻文件

影像視頻文件是適合本地播放的視頻文件，文件本身包含了大量的圖像和聲音信息，常用的影像視頻文件格式主要有AVI、MPEG等。

AVI是一種獨(dú)立于硬件設(shè)備且運(yùn)動(dòng)圖像和伴音交織存儲(chǔ)的文件，MPEG是運(yùn)動(dòng)圖像壓縮算法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統(tǒng)三個(gè)部分。

1.2 流式視頻格式

流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)連續(xù)播放的視頻文件，它不需要下載整個(gè)文件，而是隨著數(shù)據(jù)流隨時(shí)傳送隨時(shí)播放。目前Internet上使用較多的流式視頻格式主要有RM格式、MOV格式、ASF格式、WMV格式等。

RM格式，是一種能夠在低速率網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸視音頻信息的文件格式。它可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的不同制定不同的壓縮比率，從而實(shí)現(xiàn)在低速率廣域網(wǎng)上進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送和實(shí)時(shí)播放；MOV是能夠通過(guò)Internet提供實(shí)時(shí)數(shù)字化信息流、工作流與文件回放功能的文件格式；WMV是一種獨(dú)立于編碼方式的在Internet上實(shí)時(shí)傳播多媒體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要特點(diǎn)包括本地或網(wǎng)絡(luò)回放、可擴(kuò)充媒體類型、部件下載、可伸縮媒體類型、流的優(yōu)先級(jí)化、多語(yǔ)言支持、環(huán)境獨(dú)立性、豐富的流間關(guān)系以及擴(kuò)展性等。

2 常用視頻封裝

采集的原始視頻文件由于數(shù)據(jù)量大，無(wú)法直接播放，因此需要對(duì)其進(jìn)行壓縮編碼，并進(jìn)行數(shù)據(jù)打包后才能進(jìn)行播放，這就是視頻編碼和視頻文件封裝。

2.1 視頻編碼

為了使計(jì)算機(jī)能方便的處理并播放這些視頻文件，通過(guò)壓縮技術(shù)，去掉視頻編碼數(shù)據(jù)中的冗余信息，產(chǎn)生一個(gè)其視頻信號(hào)帶寬在計(jì)算機(jī)使用范圍內(nèi)的一個(gè)新的編碼文件，這就是視頻編碼。

傳統(tǒng)的壓縮編碼是以Shannon信息論和集合論為基礎(chǔ)，用統(tǒng)計(jì)概率模型來(lái)描述信源的一種編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)有兩大系統(tǒng)：MPEG和ITU-T。

2.2 視頻封裝

一個(gè)完整的媒體文件由音頻和視頻組成，將視頻編碼和音頻編碼按照一定的格式打包放到一個(gè)文件中，就是封裝。本文將目前常用的幾種視頻文件格式的封裝原理做簡(jiǎn)單介紹。

2．2．1 AVI格式

AVI容器是成熟的老技術(shù)，它的視頻編碼格式和音頻編碼格式組合分別為Xvid、mp3或Divx、mp3，它的文件結(jié)構(gòu)分為頭部，主體和索引三部分，主體中圖像數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù)交互存放。從尾部的索引可以跳到任意位置；AVI可以實(shí)現(xiàn)同步控制和實(shí)時(shí)播放以及無(wú)硬件視頻回放，實(shí)現(xiàn)硬盤和光盤的高效存儲(chǔ)，數(shù)字視頻的文件結(jié)構(gòu)開(kāi)放特點(diǎn)，支持多種編碼。

2．2．2 MOV格式

MOV格式文件是媒體描述和媒體數(shù)據(jù)分開(kāi)存放，媒體描述單元包括軌道數(shù)目、視頻壓縮格式和時(shí)間信息，同時(shí)包含媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域的索引；MOV格式的視頻文件支持領(lǐng)先的集成壓縮技術(shù)，提供多種視頻效果，配有多種MIDI兼容音響和設(shè)備的聲音裝置，具有跨平臺(tái)、省空間的特點(diǎn)。

2．2．3 MPEG格式

MPEG格式主要采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)(預(yù)測(cè)編碼和插補(bǔ)碼)實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的壓縮，變換域(離散余弦變換DCT)壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間上的壓縮。該格式具有壓縮率高、圖像和音響的質(zhì)量好，兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2．2．4 DivX格式

該格式采用了MPEG4的壓縮算法同時(shí)又綜合了MPEG-4與MP3各方面的技術(shù)，畫(huà)質(zhì)逼真體積小。

3 視頻文件格式對(duì)多媒體制作的影響

3.1 影響視頻質(zhì)量的因素

影響視頻質(zhì)量的主要因素有三個(gè)，片源、分辨率、碼率、幀速，其中分辨率和碼率影響視頻影像的清晰度，幀速影響視頻播放的流暢度。

片源就是通過(guò)攝像頭錄入的原始視頻文件，它是決定視頻質(zhì)量高低的必要因素，一個(gè)優(yōu)質(zhì)的片源，是做出優(yōu)質(zhì)多媒體基本條件。

碼率就是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)單位時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，通俗一點(diǎn)的理解就是取樣率，單位時(shí)間內(nèi)取樣率越大，精度就越高，處理出來(lái)的文件就越接近原始文件，

3．1．1 分辨率

分辨率實(shí)際上就是畫(huà)面的大小，以像素點(diǎn)表示，通常由寬乘高像素總點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算，分辨率高的視頻，能反映的圖像就越細(xì)致，越清楚。

3．1．2 幀數(shù)

幀數(shù)就是在1秒鐘時(shí)間里傳輸?shù)膱D片的幀數(shù)，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次。高幀率可以得到更流暢、更逼真的動(dòng)畫(huà)。

3.2 影響視頻質(zhì)量因素之間的關(guān)系

3．2．1 分辨率與碼率對(duì)視頻質(zhì)量的影響

分辨率越高，就需要越高的編碼率，所以，在分辨率一定的情況下，碼率越高視頻質(zhì)量越高，在碼率一定的情況下，分辨率越高視頻的質(zhì)量越低，圖像的馬賽克就越明顯。

3．2．2 碼率與幀數(shù)對(duì)視頻質(zhì)量的影響

理論上講，碼率越高視頻質(zhì)量越高，幀數(shù)越高視頻質(zhì)量也越高，但是當(dāng)碼率和幀數(shù)增高到一定數(shù)值后，由于文件體積的增大，較低配置的用戶會(huì)有卡頓現(xiàn)象，因此，一般幀數(shù)在50幀/秒就能滿足絕大多數(shù)用戶的要求了。

4 結(jié)語(yǔ)

視頻文件格式對(duì)多媒體文件質(zhì)量沒(méi)有直接的影響，但是，如何進(jìn)行影像編碼和音頻編碼的組合，從而產(chǎn)生相對(duì)科學(xué)的碼率、分辨率以及幀數(shù)的組合，則是視頻文件格式完全可以做到的，從而對(duì)多媒體的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

[1]胡曉峰等著，《多媒體技術(shù)教程》（第三版），人民郵電大學(xué)出版社

[2]劉峰編著，《視頻圖像編碼技術(shù)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》，北京郵電大學(xué)出版社

[3]高文等著，《數(shù)字視頻編碼技術(shù)原理》，科學(xué)出版社出版