音频 图像 视频等数据的压缩与存储格式

     对于数据压缩的问题：“我们要压缩什么”，我的理解是：对在计算机等多媒体中进行传输的视频、音频、文字、图像等所有信息的存储大小进行压缩。

     对于数据压缩的问题：“为什么进行压缩”，我的理解是：网络的快速发展及大数据时代的到来，給我们的生活带来更便利的同时也大大增加了信息和数据的大量传输，我们的网络宽带有限，还有存储容量的问题，如果对传输信息数据不进行压缩，会产生传输速度慢等问题，对大量的数据进行压缩，可以提高数据的传送速度，还可有减少数据的存储容量，提高处理.

    按对象类型可分为：视频压缩、音频压缩和图像压缩。

    按有无损失可分为：有损压缩和无损压缩，无损压缩也称为可逆压缩，有损压缩也称为不可逆压缩。

   五种图像压缩格式：

BMP图像文件格式：无压缩

　　BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。
　　由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。它是包括Windows在内多种操作空间图像展现的终极形式，能够被多种Windows应用程序所支持。随着Windows操作系统的流行与丰富的 Windows应用程序的开发，BMP位图格式理所当然地被广泛应用。这种格式的特点是包含的图像信息较丰富，BMP不进行压缩，并可以直接还原16进制和二进制代码，但由此导致了它与生俱生来的缺点–占用磁盘空间过大。所以，目前BMP在单机上比较流行。网络上使用非常少。
　　典型的BMP图像文件由三部分组成：位图文件头数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息。

PNG图像文件格式：无损压缩

　　PNG(Portable Networf Graphics)的原名称为”可移植性网络图像”，是网上接受的最新图像文件格式。PNG能够提供长度比GIF小30％的无损压缩图像文件。它同时提供 24位和48位真彩色图像支持以及其他诸多技术性支持。由于PNG非常新，所以目前并不是所有的程序都可以用它来存储图像文件，Photoshop不但可以处理PNG图像文件，也可以用PNG图像文件格式存储。

    视频压缩原理:视频压缩通过减少和去除冗余视频数据的方式，达到有效发送和存储数字视频文件的目的。在压缩过程中，需要应用压缩算法对源视频进行压缩以创建压缩文件，以便进行传输和存储。要想播放压缩文件，则需要应用相反的解压缩算法对视频进行还原，还原后的视频内容与原始的源视频内容几乎完全相同。压缩、发送、解压缩和显示文件所需的时间称为延时。在相同处理能力下，压缩算法越高级，延时就越长。

GIF文件格式：无损压缩

　　GIF(Graphics Interchange Format)的原义是”图像互换格式”，是CompuServe公司在 1987年开发的图像文件格式。GIF文件的数据，是一种基于LZW算法的连续色调的无损压缩格式。其压缩率一般在50％左右，它不属于任何应用程序。目前几乎所有相关软件都支持它，公共领域有大量的软件在使用GIF图像文件。
　　GIF图像文件的数据是经过压缩的，而且是采用了可变长度等压缩算法。所以GIF的图像深度从lbit到8bit，也即GIF最多支持256种色彩的图像。GIF格式的另一个特点是其在一个GIF文件中可以存多幅彩色图像，如果把存于一个文件中的多幅图像数据逐幅读出并显示到屏幕上，就可构成一种最简单的动画。
　　GIF解码较快，因为采用隔行存放的GIF图像，在边解码边显示的时候可分成四遍扫描。第一遍扫描虽然只显示了整个图像的八分之一，第二遍的扫描后也只显示了1／4，但这已经把整幅图像的概貌显示出来了。在显示GIF图像时，隔行存放的图像会给您感觉到它的显示速度似乎要比其他图像快一些，这是隔行存放的优点。
分为静态GIF和动画GIF两种，支持透明背景图像，适用于多种操作系统，”体型”很小，网上很多小动画都是GIF格式。其实GIF是将多幅图像保存为一个图像文件，从而形成动画，所以归根到底GIF仍然是图片文件格式。
尽管GIF图像有这样那样的缺点，但这种格式仍在网络上大行其道，这和GIF图像文件短小、下载速度快、可用许多具有同样大小的图像文件组成动画等优势是分不开的。

JPEG文件格式：有损压缩之DCT

　　JPEG是Joint Photographic EXPerts Group(联合图像专家组)的缩写，文件后辍名为”．jpg”或”．jpeg”，是最常用的图像文件格式，由一个软件开发联合会组织制定，是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复的图像质量明显降低，如果追求高品质图像，不宜采用过高压缩比例。但是JPEG压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像品质。而且 JPEG是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在10：1到40：1之间，压缩比越大，品质就越低；相反地，压缩比越小，品质就越好。比如可以把1．37Mb的BMP位图文件压缩至20．3KB。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。JPEG格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于互联网，可减少图像的传输时间，可以支持24bit真彩色，也普遍应用于需要连续色调的图像。
　　JPEG格式是目前网络上最流行的图像格式，是可以把文件压缩到最小的格式，在 Photoshop软件中以JPEG格式储存时，提供11级压缩级别，以0—10级表示。其中0级压缩比最高，图像品质最差。即使采用细节几乎无损的10 级质量保存时，压缩比也可达 5：1。以BMP格式保存时得到4．28MB图像文件，在采用JPG格式保存时，其文件仅为178KB，压缩比达到24：1。经过多次比较，采用第8级压缩为存储空间与图像质量兼得的最佳比例。
　　JPEG格式的应用非常广泛，特别是在网络和光盘读物上，都能找到它的身影。目前各类浏览器均支持JPEG这种图像格式，因为JPEG格式的文件尺寸较小，下载速度快。
　　

JPEG2000文件格式：有损和无损压缩之离散小波变换　　

JPEG2000作为JPEG的升级版，其压缩率比JPEG高约30％左右，同时支持有损和无损压缩。JPEG2000格式有一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输，即先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图像由朦胧到清晰显示。此外，JPEG2000还支持所谓的”感兴趣区域” 特性，可以任意指定影像上感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部分先解压缩。

    视频压缩原理:视频压缩通过减少和去除冗余视频数据的方式，达到有效发送和存储数字视频文件的目的。在压缩过程中，需要应用压缩算法对源视频进行压缩以创建压缩文件，以便进行传输和存储。要想播放压缩文件，则需要应用相反的解压缩算法对视频进行还原，还原后的视频内容与原始的源视频内容几乎完全相同。压缩、发送、解压缩和显示文件所需的时间称为延时。在相同处理能力下，压缩算法越高级，延时就越长。

    MPEG / MPG / DAT 

        MPEG是Motion Picture Experts Group 的缩写。这类格式包括了MPEG-1, MPEG-2 和MPEG-4在内的多种视频格式。MPEG-1相信是大家接触得最多的了，因为目前其正在被广泛地应用在 VCD 的制作和一些视频片段下载的网络应用上面，大部分的 VCD 都是用 MPEG1 格式压缩的 ( 刻录软件自动将MPEG1转为.DAT格式 ) ，使用 MPEG-1的压缩算法，可以把一部 120 分钟长的电影压缩到 1.2 GB 左右大小。MPEG-2则是应用在 DVD 的制作，同时在一些 HDTV（高清晰电视广播）和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当多的应用。使用MPEG-2 的压缩算法压缩一部120 分钟长的电影可以压缩到 5-8 GB 的大小（MPEG2的图像质量是MPEG-1 无法比拟的）。 

 AVI 

 　　AVI，音频视频交错(Audio Video Interleaved)的英文缩写。AVI这个由微软公司发表的视频格式，在视频领域可以说是最悠久的格式之一。AVI格式调用方便、图像质量好，压缩标准可任意选择，是应用最广泛的格式。

  nAVI 

 　　如果发现原来的播放软件突然打不开此类格式的AVI文件，那你就要考虑是不是碰到了n AVI。n AVI是 New AVI 的缩写，是一个名为 Shadow Realm 的地下组织发展起来的一种新视频格式。它是由Microsoft ASF 压缩算法的修改而来的（并不是想象中的 AVI），视频格式追求的无非是压缩率和图像质量，所以 NAVI 为了追求这个目标，改善了原始的 ASF 格式的一些不足，让 NAVI 可以拥有更高的帧率。可以这样说，NAVI 是一种去掉视频流特性的改良型 ASF 格式。

   MOV 

 　　使用过Mac机的朋友应该多少接触过QuickTime。QuickTime原本是Apple公司用于Mac计算机上的一种图像视频处理软件。Quick-Time提供了两种标准图像和数字视频格式 , 即可以支持静态的*.PIC和*.JPG图像格式，动态的基于Indeo压缩法的*.MOV和基于MPEG压缩法的*.MPG视频格式。

  ASF 

 　　ASF (Advanced Streaming format高级流格式)。ASF 是 MICROSOFT 为了和现在的 Real player 竞争而发展出来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。ASF使用了 MPEG4 的压缩算法，压缩率和图像的质量都很不错。因为 ASF 是以一个可以在网上即时观赏的视频“流”格式存在的，所以它的图像质量比 VCD 差一点点并不出奇，但比同是视频“流”格式的 RAM 格式要好。 

 WMV 

 　　一种独立于编码方式的在Internet上实时传播多媒体的技术标准，Microsoft公司希望用其取代QuickTime之类的技术标准以及WAV、AVI之类的文件扩展名。WMV的主要优点在于：可扩充的媒体类型、本地或网络回放、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、扩展性等。

  3GP 

 　　3GP是一种3G流媒体的视频编码格式，主要是为了配合3G网络的高传输速度而开发的，也是目前手机中最为常见的一种视频格式。 　　简单的说，该格式是“第三代合作伙伴项目”(3GPP)制定的一种多媒体标准，使用户能使用手机享受高质量的视频、音频等多媒体内容。其核心由包括高级音频编码 (AAC)、自适应多速率 (AMR) 和MPEG-4 和 H.263 视频编码解码器等组成，目前大部分支持视频拍摄的手机都支持3GPP格式的视频播放。

 REAL VIDEO  

 　　REAL VIDEO （RA、RAM）格式由一开始就是定位就是在视频流应用方面的，也可以说是视频流技术的始创者。它可以在用 56K MODEM 拨号上网的条件实现不间断的视频播放，当然，其图像质量和 MPEG2、DIVX 等比是不敢恭维的啦。毕竟要实现在网上传输不间断的视频是需要很大的频宽的，这方面是ASF 的有力竞争者。

        RM 

  Real Networks公司所制定的音频视频压缩规范称为Real Media，用户可以使用RealPlayer或RealOne Player对符合RealMedia技术规范的网络音频/视频资源进行实况转播并且RealMedia可以根据不同的网络传输速率制定出不同的压缩比率，从而实现在低速率的网络上进行影像数据实时传送和播放。这种格式的另一个特点是用户使用RealPlayer或RealOne Player播放器可以在不下载音频/视频内容的条件下实现在线播放。另外，RM作为目前主流网络视频格式，它还可以通过其Real Server服务器将其它格式的视频转换成RM视频并由Real Server服务器负责对外发布和播放。 

         RM和ASF格式可以说各有千秋，通常RM视频更柔和一些，而ASF视频则相对清晰一些。 

         RMVB 

 这是一种由RM视频格式升级延伸出的新视频格式，它的先进之处在于RMVB视频格式打破了原先RM格式那种平均压缩采样的方式，在保证平均压缩比的基础上合理利用比特率资源，就是说静止和动作场面少的画面场景采用较低的编码速率，这样可以留出更多的带宽空间，而这些带宽会在出现快速运动的画面场景时被利用。这样在保证了静止画面质量的前提下，大幅地提高了运动图像的画面质量，从而图像质量和文件大小之间就达到了微妙的平衡。另外，相对于DVDrip格式，RMVB视频也是有着较明显的优势，一部大小为700MB左右的DVD影片，如果将其转录成同样视听品质的RMVB格式，其个头最多也就400MB左右。不仅如此，这种视频格式还具有内置字幕和无需外挂插件支持等独特优点。要想播放这种视频格式，可以使用RealOne Player2.0或RealPlayer8.0加RealVideo9.0以上版本的解码器形式进行播放。

 MKV    

 MKV不是一种压缩格式，而是Matroska的一种媒体文件，Matroska是一种新的多媒体封装格式，也称多媒体容器 (Multimedia Container)。它可将多种不同编码的视频及16条以上不同格式的音频和不同语言的字幕流封装到一个Matroska Media文件当中。MKV最大的特点就是能容纳多种不同类型编码的视频、音频及字幕流。 

 　  一种后缀为MKV的视频文件频频出现在网络上，它可在一个文件中集成多条不同类型的音轨和字幕轨，而且其视频编码的自由度也非常大，可以是常见的 DivX、XviD、3IVX，甚至可以是 RealVideo、QuickTime、WMV 这类流式视频。实际上，它是一种全称为Matroska的新型多媒体封装格式，这种先进的、开放的封装格式已经给我们展示出非常好的应用前景。  

  FLV 

 　　FLV 是FLASH VIDEO的简称，FLV流媒体格式是一种新的视频格式。由于它形成的文件极小、加载速度极快，使得网络观看视频文件成为可能，它的出现有效地解决了视频文件导入Flash后，使导出的SWF文件体积庞大，不能在网络上很好的使用等缺点。

        XviD ／DivX   (编码方式) 

 Xvid（旧称为XviD）是一个开放源代码的MPEG-4视频编解码器，它是基于OpenDivX而编写的。Xvid是由一群原OpenDivX义务开发者在OpenDivX于2001年7月停止开发后自行开发的。Xvid支持多种编码模式，量化（Quantization）方式和范围控，运动侦测（Motion Search）和曲线平衡分配（Curve）等众多编码技术，对用户来说功能十分强大。Xvid的主要竞争对手是DivX。但Xvid是开放源代码的，而DivX则只有免费（不是自由）的版本和商用版本。 

  近五年来，XviD一直是世界上最流行的视频编码器。估计在BT(BitTorrent)和eMule上至少90%的电影、电视剧是用XviD压制的。但是在中国的情况有些特殊，因为中国的影视发布者喜欢用RMVB格式。 

   XviD的文件扩展名可以是AVI、MKV、MP4等。需要说明的是，仅从扩展名并不能看出这个视频的编码格式。比如说一部电影是.avi格式，但是实际上的视频编码格式可以是DV Code，也可以是XviD或者其他的；音频编码格式可以是PCM、AC3或者MP3。 

MP4 和 MKV 格式比 AVI 更先进，支持更多的功能，比如字幕。AVI 视频的字幕需要另外的 SRT 文件。目前国外绝大多数的影视资源都是 AVI 格式。

而DivX是一种将影片的音频由MP3来压缩、视频由MPEG-4技术来压缩的数字多媒体压缩格式。DivX由DivXNetworks公司发明，DivX配置CPU要求是300MHz以上、内存要求是64M以上、8M以上显存的显卡。DivX视频编码技术是为了打破微软ASF的种种协定的束缚，由Microsoft mpeg4 v3修改而来，使用MPEG-4压缩算法。

  随着MP3容量的增加售价的降低、无损音频格式支持技术的成熟、无损音源的逐步增加，MP3的无损时代好像就在眼前。今天我们就简单介绍一下五种无损压缩格式。

APE格式：

　　APE是目前流行的、由Monkey's Audio出品的一种数字音乐文件格式。与MP3、OGG这类有损压缩方式不同，APE是目前世界上惟一得到公认的音频无损压缩格式，也就是说当您将从音频CD上读取的音频数据文件压缩成APE格式后，还可以再将APE格式的文件还原，而还原后的音乐文件与压缩前一模一样，没有任何损失。由于APE的编码率高达800kbps－1400kbps，接近于音乐CD的1411．2kbps，远远高于MP3的编码率，因此它在压缩后的音质和源文件音质几乎毫无差异，其音质之佳已经过了严格的盲听测试，得到了全世界发烧友的公认。

FLAC格式：

　　相比APE，支持FLAC格式的MP3 播放器较多一些，FLAC（Fee Lossless Audio Codec），全称OGG FLAC。从名字就可以看出，它是OGG计划的一部分，因此也是一种开源、免费的音频格式，这也是它能最早得到一些MP3厂商支持的原因。作为一个开放源代码并且完全免费的无损音频压缩格式，目前很多音频处理软件，MP3等都可以输入、输出FLAC格式文件，这也给音频的后期处理带来了便利。FLAC的容错性很强，即使有小段音乐损坏，也不影响后面的音乐播放。

AppleLossless格式：

　　一看名字，就知道它是Apple公司的作品。这种格式制作非常方便，只需用iTunes软件即可直接把音乐CD制作成AplleLossless文件；不过也只有Apple自己的软件才能播放这种格式。

WMALossless格式：

　　同前面的AppleLossless相似，顾名思义这是一种微软推出的音频格式。玩家只需用Windows Media Player 9.0以上版本就可以直接将其从CD上抓下来制成WMALossless格式。

AAL格式：

　　ATRAC Advanced Lossless是由Sony Corporation 开发的一种 ATRAC 格式。通过结合 ATRAC3 或 ATRAC3plus 背后的音频压缩技术以及最新的无损压缩算法，在保持与传统设备的播放兼容性的同时，以很低的数据大小完美实现了数据的无损压缩。 简称AAL文件，现在已经有部分HI-MD产品通过升级可支持AAL文件。

　　AAL文件分为两部分，一部分是256k的A3plus也可以是其他的A3或A3+，另一部分是音乐的细节信息．这样对于普通索尼Woklman，就只有256K的那部分回放。只有真正支持AAL的机器，才可以播放其他的细节。

        

---