AiSK
2022-12-14
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以往在下載影片時，總會發現高畫質影片總是需要耗費更多時間與空間下載，又或是在現今社群媒體發達的時代，將一部高畫質影片上傳至平台，卻發現畫質被壓縮得模糊不清，那麼問題也許就出在影像編碼格式不符。究竟影像編碼是什麼意思？是否等同於影片壓縮？哪種影片編碼格式比較好？今天就跟著文章的腳步，一起來揭開影像編碼背後的技術原理吧！
影片播放的原理是在短時間內快速切換影像，利用肉眼的視覺暫留，產生出連續的播放效果。然而，想要在每秒鐘快速切換這些影像，將會讓原始影片檔案的數據量變得相當龐大，不僅佔據儲存空間，也不利於傳輸及播放。而影像編碼（Video encoding）就是將這些原始影片資料轉換成更易於儲存、傳輸及播放的格式所產生的技術，目的是用來提升影片播放及傳輸效率。
影像編碼是透過不同的編碼方式來減少資訊冗餘，編碼影格的過程可以運用不同技術，包括單一畫面編碼和連續畫面編碼技術。單一畫面（intraframe）編碼技術是針對各影格進行編碼，而連續畫面（interframe）編碼技術則針對連續影格間的差異進行編碼。藉由分析單一影格中的多餘資訊，或是找出影片中的關鍵影格（key frame），找出影格與影格之間的差異資訊後將其刪減，利用減少資訊冗餘來壓縮檔案大小，常見方式包含清除相鄰像素之間的「圖像冗余」、影格與影格間因圖片相似性高所產生的「時間冗余」，以及人類視覺無法感知的「視覺冗余」等。
以「時間冗余」為例，一段60 FPS的影片，就相當於每秒會顯示60個影格數，但這60張影格中會有部分區域是重複的，將原始影片資料進行影像編碼，就是在找出播放過程中沒有變動的物件，減少重複紀錄相同內容，藉此節省檔案容量。
簡單來說，影像編碼是影片壓縮的一種方式，但影像編碼並不等於影片壓縮。雖然兩種形式的目的都是為了壓縮影片大小，但是影像編碼是將「原始影片」經由編碼處理，在維持相同影片品質的情況下將其壓縮成影片編碼格式，以便提升儲存與傳輸的效率；而影片壓縮（Video compression）則是將已經編碼過的檔案，經由檔案壓縮成另外一種格式，讓影片可以在不同的裝置上順利播放。
初步瞭解影像編碼的概念後，以下也將為您介紹常見的影片編碼格式，並比較不同編碼格式之間的差異。
MPEG-2 與 MPEG-4 皆是由國際標準化組織（ISO）所訂定的影片編碼標準，是早期 VCD 與 DVD 常見的影片編碼格式。後續出現的 H.264 與 H.265 則是由 ISO 與國際電信聯盟（ITU）共同開發，以支援更多類型的媒體。
H.264 與 H.265 是由國際視訊解碼專家組（ITU-T VCEG）所訂定的影片編碼標準，具備較高的靈活性，可支援各種網路串流媒體、剪輯軟體、有線電視等不同領域的應用，其中也包含藍光 DVD，這也讓 H.264 成為目前主流的影片編碼格式。
H.264 又稱為 MPEG-4 AVC，其編碼方式採用幀間編碼，也就是只擷取兩個連續影格之間的差異進行編碼，後期解碼時只需運算出連續影格間的編碼差異即可，如此一來便能有效壓縮檔案大小。
而 H.265（又稱為HEVC）則是基於 H.264 所延伸出的標準，針對一些技術加以改進後，可比H.264提供更低的位元率，以獲得更高的傳輸效率，且能支援 4K、8K 的超高清解析度影片。
由Google所推出的影片編碼格式，其目的主要是想提升線上串流的影片觀看品質。網路串流平台相當重視影片資料所消耗的網路頻寬，一旦流量超出頻寬負荷就會產生影片卡頓問題，因此 Google 相繼推出了 VP8 與 VP9 的影片編碼格式，可為 HD、4K 的高清影片節省一半的流量。
AV1是由開放媒體聯盟（AOMedia）所開發的影片編碼格式，其目的是希望取代前一代的VP9，以更完整的生態系統及免專利的優勢，提供更加完善的網路串流傳輸方式。
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