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【影像編碼懶人包】3 分鐘帶你看懂影音編碼原理及影片編碼格式

【影像編碼懶人包】3 分鐘帶你看懂影音編碼原理及影片編碼格式

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!

影像編碼是什麼?為什麼需要影像編碼?

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。

認識影像編碼運作原理

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。

影像編碼跟影片壓縮意思一樣嗎?影片壓縮會影響畫質嗎?

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。


影片編碼格式介紹|H.264、H.265 等不同類型影片編碼比較

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

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(AVC)與 H.265(HEVC)

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。

VP9

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

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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