多媒體視頻文件格式研究與應用

辛齊 山東水文水資源局

多媒體視頻文件格式研究與應用

辛齊 山東水文水資源局

隨著計算機技術的發展和互聯網的普及，多媒體信息也因其強大的直觀可信性、超大的信息存量、方便的存放傳輸、簡單的操作而越來越受到人們的重視，進而帶動了多媒體文件技術的發展。

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過一定的封裝技術而生成的可以進行媒體播放的文件，按照應用環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是一種獨立于硬件設備且運動圖像和伴音交織存儲的文件，MPEG是運動圖像壓縮算法的國際標準，包括MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統三個部分。

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連續播放的視頻文件，它不需要下載整個文件，而是隨著數據流隨時傳送隨時播放。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上實時傳輸視音頻信息的文件格式。它可以根據網絡數據傳輸速率的不同制定不同的壓縮比率，從而實現在低速率廣域網上進行影像數據的實時傳送和實時播放；MOV是能夠通過Internet提供實時數字化信息流、工作流與文件回放功能的文件格式；WMV是一種獨立于編碼方式的在Internet上實時傳播多媒體的技術標準，主要特點包括本地或網絡回放、可擴充媒體類型、部件下載、可伸縮媒體類型、流的優先級化、多語言支持、環境獨立性、豐富的流間關系以及擴展性等。

2 常用視頻封裝

采集的原始視頻文件由于數據量大，無法直接播放，因此需要對其進行壓縮編碼，并進行數據打包后才能進行播放，這就是視頻編碼和視頻文件封裝。

2.1 視頻編碼

為了使計算機能方便的處理并播放這些視頻文件，通過壓縮技術，去掉視頻編碼數據中的冗余信息，產生一個其視頻信號帶寬在計算機使用范圍內的一個新的編碼文件，這就是視頻編碼。

傳統的壓縮編碼是以Shannon信息論和集合論為基礎，用統計概率模型來描述信源的一種編碼技術標準，該標準有兩大系統：MPEG和ITU-T。

2.2 視頻封裝

一個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單介紹。

2．2．1 AVI格式

AVI容器是成熟的老技術，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，它的文件結構分為頭部，主體和索引三部分，主體中圖像數據和聲音數據交互存放。從尾部的索引可以跳到任意位置；AVI可以實現同步控制和實時播放以及無硬件視頻回放，實現硬盤和光盤的高效存儲，數字視頻的文件結構開放特點，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據分開存放，媒體描述單元包括軌道數目、視頻壓縮格式和時間信息，同時包含媒體數據存儲區域的索引；MOV格式的視頻文件支持領先的集成壓縮技術，提供多種視頻效果，配有多種MIDI兼容音響和設備的聲音裝置，具有跨平臺、省空間的特點。

2．2．3 MPEG格式

MPEG格式主要采用運動補償技術(預測編碼和插補碼)實現時間上的壓縮，變換域(離散余弦變換DCT)壓縮技術實現空間上的壓縮。該格式具有壓縮率高、圖像和音響的質量好，兼容性強的特點。

2．2．4 DivX格式

該格式采用了MPEG4的壓縮算法同時又綜合了MPEG-4與MP3各方面的技術，畫質逼真體積小。

3 視頻文件格式對多媒體制作的影響

3.1 影響視頻質量的因素

影響視頻質量的主要因素有三個，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。

片源就是通過攝像頭錄入的原始視頻文件，它是決定視頻質量高低的必要因素，一個優質的片源，是做出優質多媒體基本條件。

碼率就是數據傳輸時單位時間傳送的數據位數，通俗一點的理解就是取樣率，單位時間內取樣率越大，精度就越高，處理出來的文件就越接近原始文件，

3．1．1 分辨率

分辨率實際上就是畫面的大小，以像素點表示，通常由寬乘高像素總點數來計算，分辨率高的視頻，能反映的圖像就越細致，越清楚。

3．1．2 幀數

幀數就是在1秒鐘時間里傳輸的圖片的幀數，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、更逼真的動畫。

3.2 影響視頻質量因素之間的關系

3．2．1 分辨率與碼率對視頻質量的影響

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，碼率越高視頻質量越高，在碼率一定的情況下，分辨率越高視頻的質量越低，圖像的馬賽克就越明顯。

3．2．2 碼率與幀數對視頻質量的影響

理論上講，碼率越高視頻質量越高，幀數越高視頻質量也越高，但是當碼率和幀數增高到一定數值后，由于文件體積的增大，較低配置的用戶會有卡頓現象，因此，一般幀數在50幀/秒就能滿足絕大多數用戶的要求了。

4 結語

視頻文件格式對多媒體文件質量沒有直接的影響，但是，如何進行影像編碼和音頻編碼的組合，從而產生相對科學的碼率、分辨率以及幀數的組合，則是視頻文件格式完全可以做到的，從而對多媒體的質量產生較大影響。

[1]胡曉峰等著，《多媒體技術教程》（第三版），人民郵電大學出版社

[2]劉峰編著，《視頻圖像編碼技術及國際標準》，北京郵電大學出版社

[3]高文等著，《數字視頻編碼技術原理》，科學出版社出版