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　　关于直播的技能文章不少，成体系的不多。我们将用七篇文章，更体系化地先容当下大热的视频直播各环节的关键技能，资助视频直播创业者们更全面、深入地相识视频直播技能，更好地技能选型。

　　视频编码是视频直播技能系列文章的第三篇，是本系列一个非常紧张的部分，是移动开辟必修的底子课程，本篇文章从理论到实践一扫而空主流编码器。

　　假如把整个流媒体比喻成一个物流体系，那么编解码就是此中配货和装货的过程，这个过程非常紧张，它的速率和压缩比对物流体系的意义非常大，影响物流体系的团体速率和本钱。同样，对流媒体传输来说，编码也非常紧张，它的编码性能、编码速率和编码压缩比会直接影响整个流媒体传输的用户体验和传输本钱。

　　本系列文章大纲如下，想复习之前文章的直接点击直达链接：

　　（一）收罗

　　（二）处理惩罚

　　（三）编码和封装

　　（四）推流和传输

　　（五）当代播放器原理

　　（六）耽误优化

　　（七）SDK性能测试模子

　　视频编码的意义

原始视频数据存储空间大，一个1080P的7s视频必要817MB

原始视频数据传输占用带宽大，10Mbps的带宽传输上述7s视频必要11分钟

　　而颠末H.264编码压缩之后，视频巨细只有708k,10Mbps的带宽仅仅必要500ms，可以满意及时传输的需求，以是从视频收罗传感器收罗来的原始视频势须要颠末视频编码。

　　根本原理

　　那为什么巨大的原始视频可以编码成很小的视频呢？这此中的技能是什么呢？

　　核心头脑就是去除冗余信息：

空间冗余：图像相邻像素之间有较强的相干性

时间冗余：视频序列的相邻图像之间内容相似

编码冗余：差别像素值出现的概率差别

视觉冗余：人的视觉体系对某些细节不敏感

知识冗余：规律性的布局可由先验知识和配景知识得到

　　视频本质上讲是一系列图片连续快速的播放，最简单的压缩方式就是对每一帧图片举行压缩，比方比力古老的MJPEG编码就是这种编码方式，这种编码方式只有帧内编码，利用空间上的取样猜测来编码。形象的比喻就是把每帧都作为一张图片，采取JPEG的编码格式对图片举行压缩，这种编码只思量了一张图片内的冗余信息压缩，如图1，绿色的部分就是当前待编码的地区，灰色就是尚未编码的地区，绿色地区可以根据已经编码的部分举行猜测（绿色的左边，下边，左劣等）。

　　图1

　　但是帧和帧之间由于时间的相干性，后续开辟出了一些比力高级的编码器可以采取帧间编码，简单点说就是通过搜刮算法选定了帧上的某些地区，然后通过盘算当前帧和前后参考帧的向量差举行编码的一种情势，通过下面两个图2连续帧我们可以看到，滑雪的同砚是向前位移的，但实际上是雪景在向后位移，P帧通过参考帧（I或其他P帧）就可以举行编码了，编码之后的巨细非常小，压缩比非常高。

　　图2

　　大概有同砚对这两张图片怎么来的感爱好，这里用了FFmpeg的两行下令来实现，具体FFmpeg的更多内容请看后续章节：

第一行天生带有移动矢量的视频

第二行把每一帧都输出成图片

ffmpeg-flags2+export_mvs-itutu.mp4-vfcodecview=mv=pf+bf+bbtutudebug2.mp4ffmpeg-itutudebug2.mp4'tutunormal-%03d.bmp'

　　除了空间冗余和时间冗余的压缩，重要尚有编码压缩和视觉压缩，下面是一个编码器重要的流程图：

　　图3

　　图4

　　图3、图4两个流程，图3是帧内编码，图4是帧间编码，从图上看到的重要区别就是第一步不雷同，着实这两个流程也是连合在一起的，我们通常说的I帧和P帧就是分别采取了帧内编码和帧间编码。

　　编码器的选择

　　前面梳理了一下编码器的原理和根本流程，编码器履历了数十年的发展，已经从开始的只支持帧内编码演进到现如今的H.265和VP9为代表的新一代编码器，就如今一些常见的编码器举行分析，带各人探索一下编码器的天下。

　　1)H.264简介

　　H.264/AVC项目意图创建一种视频标准。与旧标准相比，它可以或许在更低带宽下提供优质视频（换言之，只有MPEG-2，H.263或MPEG-4第2部分的一半带宽或更少），也不增长太多计划复杂度使得无法实现或实现本钱过高。另一目标是提供充足的机动性以在各种应用、网络及体系中利用，包罗高、低带宽，高、低视频分辨率，广播，DVD存储，RTP/IP网络，以及ITU-T多媒体电话体系。

　　H.264/AVC包罗了一系列新的特性，使得它比起从前的编解码器不但可以或许更有效的举行编码，还能在各种网络环境下的应用中利用。如许的技能底子让H.264成为包罗YouTube在内的在线视频公司采取它作为重要的编解码器，但是利用它并不是一件很轻松的事变，理论上讲利用H.264必要交纳不菲的专利费用。

　　专利答应

　　和MPEG-2第一部分、第二部分，MPEG-4第二部分一样，利用H.264/AVC的产物制造商和服务提供商必要向他们的产物所利用的专利的持有者付出专利答应费用。这些专利答应的重要泉源是一家称为MPEG-LALLC的私有构造，该构造和MPEG标准化构造没有任何关系，但是该构造也管理著MPEG-2第一部分体系、第二部分视频、MPEG-4第二部分视频和别的一些技能的专利答应。

　　其他的专利答应则必要向另一家称为VIALicensing的私有构造申请，这家公司别的也管理方向音频压缩的标准如MPEG-2AAC及MPEG-4Audio的专利答应。

　　H.264的开源实现

openh264

x264

　　openh264是思科实现的开源H.264编码，固然H.264必要交纳不菲的专利费用，但是专利费有一个年度上限，思科把OpenH264实现的年度专利费交满后，OpenH264究竟上就可以免费自由的利用了。

　　x264x264是一个采取GPL授权的视频编码自由软件。x264的重要功能在于举行H.264/MPEG-4AVC的视频编码，而不是作为解码器（decoder）之用。

　　撤除费用题目比力来看：

openh264CPU的占用相对x264低很多

openh264只支持baselineprofile，x264支持更多profile

2)HEVC/H.265简介

　　高服从视频编码（HighEfficiencyVideoCoding，简称HEVC）是一种视频压缩标准，被视为是ITU-TH.264/MPEG-4AVC标准的继任者。2004年开始由ISO/IECMovingPictureExpertsGroup（MPEG）和ITU-TVideoCodingExpertsGroup（VCEG）作为ISO/IEC23008-2MPEG-HPart2或称作ITU-TH.265开始订定。第一版的HEVC/H.265视频压缩标准在2013年4月13日被担当为国际电信同盟（ITU-T）的正式标准。HEVC被以为不但提拔视频质量，同时也能到达H.264/MPEG-4AVC两倍之压缩率（等同于同样画面质量下比特率镌汰了50%），可支持4K分辨率乃至到超高清电视（UHDTV），最高分辨率可到达8192×4320（8K分辨率）。

　　H.265的开源实现

libde265

x265

　　libde265HEVC由struktur公司以开源答应证GNULesserGeneralPublicLicense(LGPL)提供，观众可以较慢的网速下欣赏到最高品格的影像。跟从前基于H.264标准的解码器相比，libde265HEVC解码器可以将您的全高清内容带给多达两倍的受众，大概，镌汰50%流媒体播放所必要的带宽。高清大概4K/8K超高清流媒体播放，低耽误/低带宽视频集会会议，以及完备的移动装备覆盖。具有「拥塞感知」视频编码的稳固性，非常得当应用在3/4G和LTE网络。

　　专利答应

　　HEVCAdvance要求全部包罗苹果、YouTube、Netflix、Facebook、亚马逊等利用H.265技能的内容制造商上缴内容收入的0.5%作为技能利用费，而整个流媒体市场每年到达约1000亿美元的规模，且不绝增长中，征收0.5%绝对是一笔巨大的费用。而且他们还没有放过装备制造商，此中电视厂商必要付出每台1.5美元、移动装备厂商每台0.8美元的专利费。他们乃至没有放过蓝光装备播放器、游戏机、录像机如许的厂商，这些厂商必须付出每台1.1美元的费用。最无法令人担当的是，HEVCAdvance的专利利用权追溯到了厂商的「」”，意思是之前已经发售的产物依然要追缴费用。

　　x265是由MulticoreWare开辟，并开源。采取GPL协议，但是资助这个项目标几个公司构成了同盟可以在非GPL协议下利用这个软件。

　　3)VP8简介

　　VP8是一个开放的视频压缩格式，最早由On2Technologies开辟，随后由Google发布。同时Google也发布了VP8编码的实做库：libvpx，以BSD授权条款的方式发行，随后也附加了专利利用权。而在颠末一些争论之后，终极VP8的授权确以为一个开放源代码授权。

　　如今支持VP8的网页欣赏器有Opera、Firefox和Chrome。

　　专利答应

　　2013年三月，Google与MPEGLA及11个专利持有者告竣协议，让Google获取VP8以及其之前的VPx等编码所大概陵犯的专利授权，同时Google也可以无偿再次授权相干专利给VP8的用户，此协议同时实用于下一代VPx编码。至此MPEGLA放弃创建VP8专利会合授权同盟，VP8的用户将可确定无偿利用此编码而无须担心大概的专利侵权授权金的题目。

　　VP8的开源实现

libvpx

　　libvpx是VP8的唯一开源实现，由On2Technologies开辟，Google收购后将其开放源码，License非常宽松可以自由利用。

　　4)VP9简介

　　VP9的开辟从2011年第三季开始，目标是在同画质下，比VP8编码镌汰50%的文件巨细，另一个目标则是要在编码服从上逾越HEVC编码。

　　2012年12月13日，Chromium欣赏器参加了VP9编码的支持。Chrome欣赏器则是在2013年2月21日开始支持VP9编码的视频播放。

　　Google公布会在2013年6月17日完成VP9编码的订定工作，届时Chrome欣赏器将会把VP9编码默认引导。2014年3月18日，Mozilla在Firefox欣赏器中参加了VP9的支持。

　　2015年4月3日，谷歌发布了libvpx1.4.0增长了对10位和12位的比特深度支持、4:2:2和4:4:4色度抽样，并VP9多核心编/解码。

　　专利答应

　　VP9是一个开放格式、无权利金的视频编码格式。

　　VP9的开源实现

libvpx

　　libvpx是VP9的唯一开源实现，由Google开辟维护，内里有部分代码是VP8和VP9公用的，别的分别是VP8和VP9的编解码实现。

　　VP9和H.264和HEVC比力

　　CodecHEVCx264vp9HEVC-42.2%32.6%x26475.8%18.5%vp948.3%-14.6%CodecHEVCvs.VP9(in%)VP9vs.x264(in%)TotalAverage61239399

　　引用ComparativeAssessmentofH.265/MPEG-HEVC,VP9,and

　　H.264/MPEG-AVCEncodersforLow-DelayVideoApplications这篇比力新的论文对，低耽误视频举行编码的测试结果。

　　HEVC和H.264在差别分辨率下的比力

　　跟H.264/MPEG-4相比，HEVC的均匀比特率减低值为：

　　分辨率480P720P1080P4KUHDHEVC52%56%62%64%

　　可见码率降落了60%以上。

HEVC(H.265)对VP9和H.264在码率节流上有较大的上风，在雷同PSNR下分别节流了48.3%和75.8%。

H.264在编码时间上有巨大上风，对比VP9和HEVC(H.265)，HEVC是VP9的6倍，VP9是H.264的将近40倍

5)FFmpeg

　　谈到视频编码相干内容就不得不提一个巨大的软件包--FFmpeg。

　　FFmpeg是一个自由软件，可以运行音频和视频多种格式的录影、转换、流功能，包罗了libavcodec——这是一个用于多个项目中音频和视频的解码器库，以及libavformat——一个音频与视频格式转换库。

　　FFmpeg这个单词中的FF指的是FastForward。有些新手写信给FFmpeg的项目负责人，扣问FF是不是代表FastFree大概FastFourier等意思，FFmpeg的项目负责人复书说：「Justfortherecord,theoriginalmeaningofFFinFFmpegisFastForward...」

　　这个项目最初是由FabriceBellard发起的，而如今是由MichaelNiedermayer在举行维护。很多FFmpeg的开辟者同时也是MPlayer项目标成员，FFmpeg在MPlayer项目中是被计划为服务器版本举行开辟。

　　FFmpeg下载地点是:FFmpegDownload

可以欣赏器输入下载，如今支持Linux,MacOS,Windows三个主流的平台，也可以本身编译到Android大概iOS平台。

假如是MacOS，可以通过brew安装brewinstallffmpeg--with-libvpx--with-libvorbis--with-ffplay

　　我们可以用FFmpeg来做哪些有效有好玩的事变呢？通过一系列小实行来带各人明白FFmpeg的神奇和强大。

　　FFmpeg录屏

　　通过一个小例子看一下怎么在MacOS下面利用FFmpeg举行录屏:

　　输入：

　　ffmpeg-favfoundation-list_devicestrue-i""

　　输出：

　　[AVFoundationinputdevice@0x7fbec0c10940]AVFoundationvideodevices:[AVFoundationinputdevice@0x7fbec0c10940][0]FaceTimeHDCamera[AVFoundationinputdevice@0x7fbec0c10940][1]Capturescreen0[AVFoundationinputdevice@0x7fbec0c10940][2]Capturescreen1[AVFoundationinputdevice@0x7fbec0c10940]AVFoundationaudiodevices:[AVFoundationinputdevice@0x7fbec0c10940][0]Built-inMicrophone

　　给出了当前装备支持的全部输入装备的列表和编号，我本地有两块表现器，以是1和2都是我屏幕，可以选择一块举行录屏。

　　查察当前的H.264编解码器：

　　输入：

　　ffmpeg-codecs|grep264

　　输出：

　　DEV.LSh264H.264/AVC/MPEG-4AVC/MPEG-4part10(decoders:h264h264_vda)(encoders:libx264libx264rgb)

　　查察当前的VP8编解码器：

　　输入：

　　ffmpeg-codecs|grepvp8

　　输出：

　　DEV.L.vp8On2VP8(decoders:vp8libvpx)(encoders:libvpx)

　　可以选择用vp8大概h264做编码器

　　ffmpeg-r30-favfoundation-i1-vcodecvp8-qualityrealtimescreen2.webm#-qualityrealtime用来优化编码器，假如不加在我的Air上帧率只能到达2

　　or

　　ffmpeg-r30-favfoundation-i1-vcodech264screen.mp4

　　然后用ffplay播放就可以了

　　ffplayscreen.mp4

　　or

　　ffplayscreen2.webpFFmpeg视频转换成gif

　　有一个特别有效的需求，在网上发现了一个特别风趣的视频想把它转换成一个动态心情，作为一个IT从业者，我第一个想到的不是下载一个转码器，也不是去找一个在线转换网站，直接利用手边的工具FFmpeg，刹时就完成了转码：

　　ffmpeg-ss10-t10-itutu.mp4-s80x60tutu.gif##-ss指从10s开始转码,-t指转换10s的视频-sFFmpeg录制屏幕并直播

　　可以继承扩展例子1，直播当前屏幕的内容，向各人先容一下怎么通过几行下令搭建一个测试用的直播服务：

　　Step1：起首安装docker：

　　访问DockerDownload，按操纵体系下载安装。

　　Step2：下载nginx-rtmp镜像：

　　dockerpullchakkritte/docker-nginx-rtmp

　　Step3：创建nginxhtml路径，启动docker-nginx-rtmp

　　mkdir~/rtmpdockerrun-d-p80:80-p1935:1935-v~/rtmp:/usr/local/nginx/htmlchakkritte/docker-nginx-rtmp

　　Step4：推送屏幕录制到nignx-rtmp

　　ffmpeg-y-loglevelwarning-favfoundation-i2-r30-s480x320-threads2-vcodeclibx264-fflvrtmp://127.0.0.1/live/test

　　Step5：用ffplay播放

　　ffplayrtmp://127.0.0.1/live/test

　　总结一下，FFmpeg是个良好的工具，可以通过它完成很多一样平常的工作和实行，但是间隔提供真正可用的流媒体服务、直播服务尚有非常多的工作要做，这方面可以参考七牛云发布的七牛直播云服务。

　　封装

　　先容完了视频编码后，再来先容一些封装。相沿前面的比喻，封装可以明白为采取哪种货车去运输，也就是媒体的容器。

　　所谓容器，就是把编码器天生的多媒体内容（视频，音频，字幕，章节信息等）肴杂封装在一起的标准。容器使得差别多媒体内容同步播放变得很简单，而容器的另一个作用就是为多媒体内容提供索引，也就是说假如没有容器存在的话一部影片你只能从一开始看到末了，不能拖动进度条（固然这种环境下有的播放器会话比力长的时间临时创建索引），而且假如你不本身去手动别的载入音频就没有声音，下面先容几种常见的封装格式和优缺点：

AVI格式（后缀为.AVI）:它的英文全称为AudioVideoInterleaved，即音频视频交错格式。它于1992年被Microsoft公司推出。

　　这种视频格式的长处是图像质量好。由于无损AVI可以生存alpha通道，常常被我们利用。缺点太多，体积过于巨大，而且更加糟糕的是压缩标准不同一，最广泛的征象就是高版本Windows媒体播放器播放不了采取早期编码编辑的AVI格式视频，而低版本Windows媒体播放器又播放不了采取最新编码编辑的AVI格式视频，以是我们在举行一些AVI格式的视频播放时常会出现由于视频编码题目而造成的视频不能播放或纵然可以或许播放，但存在不能调治播放进度和播放时只有声音没有图像等一些莫名其妙的题目。

DV-AVI格式（后缀为.AVI）:DV的英文全称是DigitalVideoFormat，是由索尼、松下、JVC等多家厂商连合提出的一种家用数字视频格式。

　　数字摄像机就是利用这种格式记录视频数据的。它可以通过电脑的IEEE1394端口传输视频数据到电脑，也可以将电脑中编辑好的的视频数据回录到数码摄像机中。这种视频格式的文件扩展名也是avi。电视台采取录像带记录模仿信号，通过EDIUS由IEEE1394端口收罗卡从录像带中收罗出来的视频就是这种格式。

QuickTimeFileFormat格式（后缀为.MOV）:美国Apple公司开辟的一种视频格式，默认的播放器是苹果的QuickTime。

　　具有较高的压缩比率和较美满的视频清楚度等特点，并可以生存alpha通道。

MPEG格式（文件后缀可以是.MPG.MPEG.MPE.DAT.VOB.ASF.3GP.MP4等):它的英文全称为MovingPictureExpertsGroup，即活动图像专家组格式，该专家组建于1988年，专门负责为CD创建视频和音频标准，而成员都是为视频、音频及体系范畴的技能专家。

　　MPEG文件格式是活动图像压缩算法的国际标准。MPEG格式如今有三个压缩标准，分别是MPEG－1、MPEG－2、和MPEG－4。MPEG－1、MPEG－2如今已经利用较少，偏重先容MPEG－4，其订定于1998年，MPEG－4是为了播放流式媒体的高质量视频而专门计划的，以求利用最少的数据得到最佳的图像质量。如今MPEG-4最有吸引力的地方在于它可以或许生存靠近于DVD画质的小体积视频文件。

WMV格式（后缀为.WMV.ASF）:它的英文全称为WindowsMediaVideo，也是微软推出的一种采取独立编码方式而且可以直接在网上及时观看视频节目标文件压缩格式。

　　WMV格式的重要长处包罗：本地或网络回放,丰富的流间关系以及扩展性等。WMV格式必要在网站上播放，必要安装WindowsMediaPlayer（简称WMP），很不方便，如今已经险些没有网站采取了。

RealVideo格式（后缀为.RM.RMVB）:RealNetworks公司所订定的音频视频压缩规范称为RealMedia。

　　用户可以利用RealPlayer根据差别的网络传输速率订定出差别的压缩比率，从而实如今低速率的网络上举行影像数据及时传送和播放。RMVB格式：这是一种由RM视频格式升级延伸出的新视频格式，固然性能上有很大的提拔。RMVB视频也是有着较显着的上风，一部巨细为700MB左右的DVD影片，假如将其转录成同样品格的RMVB格式，其个头最多也就400MB左右。各人大概留意到了，从前在网络上下载影戏和视频的时间，常常打仗到RMVB格式，但是随着期间的发展这种格式被越来越多的更良好的格式更换，闻名的大家影视字幕组在2013年已经公布不再压抑RMVB格式视频。

FlashVideo格式（后缀为.FLV）:由AdobeFlash延伸出来的的一种盛行网络视频封装格式。随着视频网站的丰富，这个格式已经非常遍及。

Matroska格式（后缀为.MKV）:是一种新的多媒体封装格式，这个封装格式可把多种差别编码的视频及16条或以上差别格式的音频和语言差别的字幕封装到一个MatroskaMedia档内。它也是此中一种开放源代码的多媒体封装格式。Matroska同时还可以提供非常好的交互功能，而且比MPEG的方便、强大。

MPEG2-TS格式(后缀为.ts)（TransportStream“传输流”；又称MTS、TS）是一种传输和存储包罗音效、视频与通讯协议各种数据的标准格式，用于数字电视广播体系，如DVB、ATSC、IPTV等等。

　　MPEG2-TS界说于MPEG-2第一部分，体系（即原来之ISO/IEC标准13818-1或ITU-TRec.H.222.0）。

　　MediaPlayerClassic、VLC多媒体播放器等软件可以直接播放MPEG-TS文件。

　　如今，我们在流媒体传输，尤其是直播中重要采取的就是FLV和MPEG2-TS格式，分别用于RTMP/HTTP-FLV和HLS协议。

　　下一期我们将体系讲授视频直播的推流和传输，敬请等待~

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