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1、內(nèi)容點(diǎn)評

本文以輕松幽默的語氣,講解了視頻編解碼的一些基本常識,并以愛奇藝為例,講述了視頻編解碼技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展以及未來的一些展望。

▼ 閱讀本文需要有一些音視頻編解碼技術(shù)的基礎(chǔ),否則請先閱讀以下文章:

《即時通訊音視頻開發(fā)(一):視頻編解碼之理論概述》

《即時通訊音視頻開發(fā)(二):視頻編解碼之?dāng)?shù)字視頻介紹》

《即時通訊音視頻開發(fā)(三):視頻編解碼之編碼基礎(chǔ)》

《即時通訊音視頻開發(fā)(十九):零基礎(chǔ),史上最通俗視頻編碼技術(shù)入門》

本文并未就具體的視頻編解碼概念進(jìn)行深入的討論,目的是盡可能以淺顯易懂的方式讓讀者輕松了解本文標(biāo)題想呈現(xiàn)的內(nèi)容。如果您想深入了解視頻編解碼技術(shù),可繼續(xù)閱讀以下文章。

▼ 以下是比較深入的視頻編解碼相關(guān)文章:

《即時通訊音視頻開發(fā)(四):視頻編解碼之預(yù)測技術(shù)介紹》

《即時通訊音視頻開發(fā)(五):認(rèn)識主流視頻編碼技術(shù)H.264》

《即時通訊音視頻開發(fā)(十三):實(shí)時視頻編碼H.264的特點(diǎn)與優(yōu)勢》

《即時通訊音視頻開發(fā)(十七):視頻編碼H.264、VP8的前世今生》

《即時通訊音視頻開發(fā)(十八):詳解音頻編解碼的原理、演進(jìn)和應(yīng)用選型》

《移動端實(shí)時音視頻直播技術(shù)詳解(四):編碼和封裝》

《[觀點(diǎn)] WebRTC應(yīng)該選擇H.264視頻編碼的四大理由》

▼ 愛奇藝技術(shù)產(chǎn)品團(tuán)隊還分享了其它兩篇文章,有興趣也可以讀一讀:

《愛奇藝移動端網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)踐分享:網(wǎng)絡(luò)請求成功率優(yōu)化篇》

《愛奇藝技術(shù)分享:愛奇藝Android客戶端啟動速度優(yōu)化實(shí)踐總結(jié)》

歡迎關(guān)注“即時通訊技術(shù)圈”,更多好文會同步發(fā)布在公眾號.

(本文同步發(fā)布于:
http://www.52im.net/thread-3028-1-1.html)

2、正文引言

初夏最火的造型是什么?不少人可能會脫口而出——“淡黃的長裙,蓬松的頭發(fā)。。。”

就連我這個上古時期的老年人,都開始每周四和周六準(zhǔn)時點(diǎn)開愛奇藝首頁,吸一口青春美少女們。原因無他,后疫情灰色時期,還有什么能比漂亮小姐姐的燦爛笑容更能讓人感覺到人間值得呢?而我上一次真情實(shí)感追完的的女團(tuán)選秀,可能要追溯到……《超級女聲》。

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不管自己pick的姐姐妹妹能不能順利出道,至少今天在屏幕上欣賞她們的顏,絕對是一件超幸福的事兒。既不用忍受電視的“馬賽克畫質(zhì)”,還能隨時隨地掏出手機(jī)來欣賞妹妹們今日份的可愛。

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不知道大家有沒有同一種快樂,那就是用4G網(wǎng)絡(luò)看藍(lán)光1080P,已經(jīng)沒有“流量焦慮”了,出現(xiàn)緩沖旋轉(zhuǎn)“小菊花”的情況的幾率也在悄然減少。這種觀看體驗的優(yōu)化,除了通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的改變之外,締造這種視覺快樂的一項關(guān)鍵技術(shù)——視頻編碼,就像是宇宙中的暗物質(zhì)——鮮為人知,但十分重要。

簡單來說:視頻編碼技術(shù)的升級,能夠讓你用更少的流量、更低的帶寬、更快的速度,看更高清晰度的視頻畫面。比如《青春有你2》溢出屏幕的元?dú)馍倥校遣皇潜?005年的朦朧美更令人心動呢?

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習(xí)慣了1080P高清的用戶,絕對不愿意再回到480P的自動馬賽克時代了。那么,視頻編碼到底在高清視頻的烹制中,發(fā)揮了怎樣神奇的化學(xué)反應(yīng)?搞秀之余,不妨來了解一下視頻編碼的前世今生,看看無數(shù)科技巨頭如何圍繞它撕得花紅柳綠。

3、曾今的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),是IT巨頭們“跑馬圈地”的游戲

曾今的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),巨頭們爭相“入股”,視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)有何誘人之處?

思科、微軟、蘋果、谷歌、奈飛等這些大名鼎鼎的巨頭,為什么都覺得視頻編碼技術(shù)這波“入股不虧”,非要pick助其出道?

回答這個問題之前,有必要先簡單解釋一下,視頻編碼技術(shù)究竟是干什么的?

簡單來說:就是將視頻壓縮成一定的格式,去除掉其中的空間冗余和時間冗余,形成更適合存儲和傳輸?shù)拇a流。之所以需要被編碼壓縮,最主要原因就是原始視頻的數(shù)據(jù)量過于龐大。高清視頻文件往往高達(dá)1G以上,如果本地播放也就算了,一旦需要將其上傳、分享給他人,傳輸網(wǎng)絡(luò)和存儲設(shè)備都扛不住那么巨大的數(shù)據(jù)量。

所以視頻平臺就需要對所播放的文件進(jìn)行重構(gòu):

1)通過壓縮編碼將數(shù)據(jù)量變小,以方便傳輸;

2)再依靠解壓縮在用戶端解碼,將視頻圖像還原出來。

簡單總結(jié)就是:編碼效率決定了你的手機(jī)能下載多少部高清視頻。

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如果你經(jīng)歷過一晚上不關(guān)機(jī)終于下好一部2G大小的視頻,卻發(fā)現(xiàn)播放器彈出一行大字——“該視頻無法播放”的絕望,那一定會鼓掌歡迎編解碼技術(shù)的更新。

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當(dāng)然,一些“有流量任性”的小伙伴也會選擇直接用4G網(wǎng)絡(luò)在線觀看視頻,這時候視頻大小可就沒什么影響了吧?

這么想可就太天真了。視頻編碼技術(shù)越強(qiáng),傳輸需要占用的帶寬也就更小,就像堤壩沒有加固,但沖擊河道的流水變小了,自然也就不會出現(xiàn)出水口淤塞的問題,看視頻卡頓、掉幀的事故也就不會上演了。

比如此次疫情期間,網(wǎng)絡(luò)流量比例不斷增加,為互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商帶來極大的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的解決方案就是在網(wǎng)絡(luò)帶寬有限的前提下,降低視頻的清晰度。如,YouTube、亞馬遜旗下Prime Video、Netflix等一眾互聯(lián)網(wǎng)視頻提供商都在歐洲、印度、澳大利亞等國家降低了視頻畫質(zhì),用戶只能默認(rèn)收看標(biāo)清視頻。

可是,吃慣了高清這盤珍饈,哪個用戶還愿意忍受低畫質(zhì)的粗茶淡飯呢?為了留住挑剔的內(nèi)容食客們,平臺們不得不想盡辦法,提升對視頻的烹飪技藝。

那么,讓我們得以隨時隨地追劇追綜的視頻編解碼技術(shù),到底有哪些呢?

目前,國際上主要有幾種主流的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)(國際上音視頻編碼技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化),包括VPx(VP8,VP9),H.26x(H.264,H.265),AVS(AVS1,AVS2),AVx(AV1)等等。視頻平臺們用某一種通用編碼格式標(biāo)準(zhǔn),自己開發(fā)編碼器,就可以用更厲害的標(biāo)準(zhǔn)批量生產(chǎn)視頻了。

可詳讀以下相關(guān)文章:

《即時通訊音視頻開發(fā)(五):認(rèn)識主流視頻編碼技術(shù)H.264》

《即時通訊音視頻開發(fā)(十三):實(shí)時視頻編碼H.264的特點(diǎn)與優(yōu)勢》

《即時通訊音視頻開發(fā)(十七):視頻編碼H.264、VP8的前世今生》

《[觀點(diǎn)] WebRTC應(yīng)該選擇H.264視頻編碼的四大理由》

這些標(biāo)準(zhǔn)都是什么?到底哪個更厲害?為什么每個字符我都認(rèn)識但完全不知道是干什么的?甚至還有種被張含韻張韶涵張涵予張予曦張馨予等支配的恐懼,傻傻分不清楚……別急,其實(shí)就算是流媒體從業(yè)者,也很少有人將它們搞清楚。其實(shí)吧,只需要了解三個關(guān)鍵點(diǎn),你就能輕松變成“技術(shù)派”碾壓不少業(yè)內(nèi)人士了。

簡單來說:不同的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),就是圍繞三個要素所展開的“量子糾纏”的

4、視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)要素之一:高清

上世紀(jì)90年代,第一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.261和MPEG-1就開始出現(xiàn),其后幾乎每十年就有一次迭代更新。

啟動視頻編碼技術(shù)不斷演進(jìn)的核心要素,還是人們對于高清、更高清的不斷追求。

視頻編碼技術(shù)每進(jìn)化一代,視頻壓縮效率都至少提高了一倍。比如十幾年前第二代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)VP8 和 H.264,只能應(yīng)用在低于HD的中小分辨率視頻上,稍微兼顧一點(diǎn)1080P分辨率。而2012年愛立信公司推出了首款H.265編解碼器,所引領(lǐng)的第三代視頻編碼HEVC標(biāo)準(zhǔn)就只需H.264一半帶寬,即可播放相同質(zhì)量的視頻。

啥意思的?如果你是一個擁有過MP4設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)早期弄潮兒,同樣大的存儲空間,你可以多下載一倍大小的視頻,告別四處借硬盤的苦日子。

在線看視頻則更爽了,基于編解碼標(biāo)準(zhǔn),智能手機(jī)、平板等移動設(shè)備也能夠直接在線播放 1080P 的全高清視頻,還支持4K 和 8K 超高清。也就是說,只要有內(nèi)容方愿意生產(chǎn)8K視頻,平臺就能給你100%還原出畫面來,而不用受最高清晰度720P這樣的限制。

那么,為什么HEVC標(biāo)準(zhǔn)推出2年后,采用AV1格式的消費(fèi)類設(shè)備又開始出現(xiàn)呢?因為移動互聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā),原有的編碼標(biāo)準(zhǔn)依然不能完全解決帶寬消耗的問題。所以更高效的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)如AVS3、H.266等,也都相繼被研發(fā)人員安排上了。

為什么視頻平臺關(guān)于編碼標(biāo)準(zhǔn)的“墻頭”這么多?

試想一下,如果你用的是一個高分辨率配置的智能手機(jī),但視頻只能到480P的清晰度,為硬件高配置花的錢不就白瞎了嗎?有的用戶為了防止觀看卡頓或模糊,還得額外下一個完美解碼、格式工廠之類的第三方解碼器,將視頻轉(zhuǎn)化一下才能看。

而只要視頻平臺支持更高效率的編解碼標(biāo)準(zhǔn),就能實(shí)現(xiàn)低帶寬下播放高清視頻不卡頓的效果。有現(xiàn)炒的熱菜,誰還愿意等打包的盒飯呢?所以細(xì)心的讀者會發(fā)現(xiàn),編碼技術(shù)的不斷升級,開始讓第三方編碼工具悄悄退出了追劇黨的工具箱。

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5、視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)要素之二:專利

盡管用戶體驗是視頻編碼技術(shù)的首要進(jìn)化原則,但專利所帶來的限制與成本,也成為產(chǎn)業(yè)風(fēng)云迭起的重要誘因。

由GE、Technicolor、杜比,飛利浦和三菱等組建的H.265專利聯(lián)盟HEVC Advance,就向使用該標(biāo)準(zhǔn)的廠商收取專利費(fèi)。

因此,不少開源標(biāo)準(zhǔn)逐漸崛起。其中谷歌打造的VP9標(biāo)準(zhǔn)就是最負(fù)盛名的一個。不僅在實(shí)際效率上與HEVC/H.265接近,大大優(yōu)于H.264及它的前身VP8,而且可以對專利免費(fèi)使用。很快,YouTube全面支持VP9超高清流媒體節(jié)目,Netflix、蘋果等也加入其中。

當(dāng)年,愛奇藝的《破冰行動》無疑是熱度最高的"爆款劇"之一,一度引起風(fēng)靡,高清流暢的畫面質(zhì)感為其加分增色不少,就采用了基于VP9標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的全新編碼器,就采用了基于VP9標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的全新編碼器面部細(xì)節(jié)等方面畫面真實(shí)感尤為顯著。

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而我國自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS的出現(xiàn),更與專利有著不解之緣。

大家的童年有沒有出現(xiàn)過DVD這種物件,租一部劇不用等更新一個周末看完的快樂,不亞于今天購買視頻平臺尊貴的“VIP中P”會員。但中國的DVD行業(yè)曾經(jīng)也遇到過一次嚴(yán)重的專利危機(jī)。

2002年,一批出口的DVD產(chǎn)品因為技術(shù)專利費(fèi)的繳納問題沒有解決而被扣押。于是同年6月,數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組成立,2006年,第一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS1推出,壓縮效率和H.264相當(dāng),并且每個編解碼器只象征性得收取1元專利費(fèi),對互聯(lián)網(wǎng)上的軟件服務(wù)更是免收專利費(fèi),從此擺脫了只能使用國際標(biāo)準(zhǔn)、被高額專利費(fèi)卡脖子的窘境。

可以說,目前主流的兩大標(biāo)準(zhǔn)VP9和AVS,都是在專利的鎖鏈中生長出來的自由之翼。

6、視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)要素之三:壟斷

既然VP9已經(jīng)開源了,那就抱緊谷歌大腿等大佬迭代再應(yīng)用不就好了嗎?一個國家的大部分視頻都坐落在某一個標(biāo)準(zhǔn)體系上,等于將標(biāo)準(zhǔn)的議價權(quán)交到了別人手中,面對這種“壟斷優(yōu)勢”,谷歌表示,我瘋起來可能連自己都打,為了不作惡還是趕緊給自己培養(yǎng)個對手吧……

所以2015年,一個由谷歌倡議并參與,試圖替代VP9和HEVC/H.265的新標(biāo)準(zhǔn)組織成立了,那就是開放媒體聯(lián)盟Alliance for Open Media(AOM)。這個新的開源標(biāo)準(zhǔn)很快吸引了Adobe、亞馬遜、AMD、奈飛、Facebook、思科、蘋果、英特爾、英偉達(dá)等等巨頭的參與。中國的愛奇藝也率先加入了AOM聯(lián)盟。

這個由30多家領(lǐng)先的高科技公司組成的會員制聯(lián)盟,很快開發(fā)出了新一代開源的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AV1(AOMedia Video Codec 1.0),也就是今天能讓我們看到高清版《青春有你2》,特別是選秀舞臺上的說唱、勁舞的畫面更加清晰平滑的“后臺”。

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AV1之所以在產(chǎn)業(yè)端迅速上馬,成為包括奈飛、YouTube、BBC、愛奇藝等一眾平臺的推行目標(biāo),主要就是在用戶體驗上太能打了。

更高的編碼效率、更低的碼率,同等質(zhì)量可以節(jié)省20%以上的帶寬。舉個例子,就是下載整期1080P版《青春有你2》,原本需要10G的手機(jī)存儲,而AV1標(biāo)準(zhǔn)下只需要8G就能搞定,剩下2G空間咱們存點(diǎn)PLMM(漂亮妹妹)的高清大圖舔顏它不香嗎?

在線觀看也很爽,不僅妹妹們的臉看起來會更清晰,而且高清播放所占的帶寬也更小,同時下載個東西、刷個微博啥的,也不會因為網(wǎng)絡(luò)擁擠而卡頓。

作為視頻觀眾,誰不愿意平臺默默地為我們殫精竭慮,周全每一點(diǎn)流量、帶寬和存儲卡呢?

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不難看出,視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)迭代,既是技術(shù)天花板的層層上探,也是整個視頻平臺必須攻占的體驗高地。

7、如今,國內(nèi)的視頻平臺正在搶跑編碼標(biāo)準(zhǔn)“賽道”

具體到國內(nèi)視頻平臺上,關(guān)于編碼標(biāo)準(zhǔn)目前競爭身位如何,未來還有哪些硬仗要打,都是值得我們重點(diǎn)關(guān)注的話題。我們不妨具體到某一個平臺的探索經(jīng)歷之中,用歷史觀的視角來捋一捋,視頻編碼技術(shù)到底給中國這片土地的網(wǎng)民,帶來了哪些體驗上的蝶變。

比如:以愛奇藝為例,2016年愛奇藝在萬能播放器上線了AVS2格式,是當(dāng)時國內(nèi)唯一支持這一標(biāo)準(zhǔn)的平臺;也是國內(nèi)第一個實(shí)現(xiàn)VP9標(biāo)準(zhǔn)、AV1標(biāo)準(zhǔn)并應(yīng)用的視頻廠商。可以說在編碼標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域,無論是技術(shù)領(lǐng)先度、布局完善度上,都能夠從一定程度代表中國流媒體產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵抉擇。

有了標(biāo)準(zhǔn),是不是只需要拿來直接上手呢?答案顯然是否定的。

拿愛奇藝來說,我們的標(biāo)準(zhǔn)探索之旅,又是如何的呢?

我們就以當(dāng)前效率最高的AV1標(biāo)準(zhǔn)為例,其算法運(yùn)算復(fù)雜度高,所需要的編碼時間很長,這樣把平臺所有視頻都處理一遍,可能會等來用戶一句“奶奶你等的AV1格式上線了”!

所以,為了提高編碼效率,讓處理效果能夠快速細(xì)致,又不影響編碼質(zhì)量,達(dá)到工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)編碼器就要靠各個平臺發(fā)揮自主能動性了。

以愛奇藝為例,對每一代開源技術(shù)都保持緊密跟進(jìn)的同時,也會發(fā)揮自身的技術(shù)特長來進(jìn)行針對性的迭代,讓同一標(biāo)準(zhǔn)在愛奇藝平臺上的應(yīng)用有更優(yōu)秀的表現(xiàn)。

比如VP9標(biāo)準(zhǔn)推出時,愛奇藝的技術(shù)團(tuán)隊就根據(jù)開源的版本VP9編碼器進(jìn)行了專門的算法優(yōu)化,所開發(fā)的QVP9編碼器的速率是開源版本的5.4倍左右。作為國內(nèi)首先支持VP9的視頻廠商,其畫面質(zhì)量在快速鏡頭、輪廓邊緣、面部細(xì)節(jié)等方面真實(shí)感尤為顯著,壓縮效率比市面主流的標(biāo)準(zhǔn)更是提升了一倍。可能也是在不知不覺間,突然發(fā)現(xiàn)視頻中那些高速打斗的場面似乎更加細(xì)膩流暢了,人物的皮膚也變得更加立體和容易辨別,連女主角額頭的青春痘都是那么的昭然若揭……

愛奇藝技技術(shù)分享:通俗講視頻編解碼技術(shù)的過去、現(xiàn)在和將來

 

而伴隨著用戶在移動場景下觀看視頻的訴求越來越高,比如我本人就喜歡在地鐵上刷短視頻,別問,問就是流量多有錢任性!這時候要保證流暢不卡頓,主打PC端的VP9可能就有點(diǎn)不夠了,所以對移動端設(shè)備更友好的AV1,在推出后也很快被安排的明明白白。

獨(dú)立研發(fā)的QAV1編碼器,不僅比H265減小將近一半的帶寬,節(jié)省40%以上碼率。而且速度比開源編碼器SVT-AV1還快出5倍左右。比如同樣是看《青春有你2》,用QAV1展示的畫面效果更棒、顏值更高,反而還更省帶寬,直接幫助我節(jié)省了不少流量,讓滿額限速來的更晚一些。

 

8、展望未來,5G讓視頻編解碼技術(shù)有了更多的想象空間

目前,首批應(yīng)用 AV1 的電影已經(jīng)在愛奇藝上線,用戶可以在電腦瀏覽器端和安卓移動端觀看。做到這一步,很難嗎?

答案是肯定的。舉個例子,終端硬件解碼芯片的成熟,與某項標(biāo)準(zhǔn)能否發(fā)揮價值有直接關(guān)系。比如H.265在硬件支持上比較廣泛,就與蘋果、高通、英特爾等的芯片都支持H.265的硬件解碼器有關(guān)。

所以編碼器往往需要結(jié)合具體的應(yīng)用場景來進(jìn)行改進(jìn)和深度優(yōu)化。

以AV1在愛奇藝的應(yīng)用為例,為了更好地適應(yīng)愛奇藝海量內(nèi)容,QAV1通過對場景復(fù)雜度的預(yù)分析,實(shí)現(xiàn)了更加合理的碼率分配。對于簡單場景,QAV1可以自適應(yīng)地降低碼率,在保證畫質(zhì)的情況下節(jié)省用戶帶寬;同時對于復(fù)雜場景會適當(dāng)提高碼率,給用戶帶來更高畫質(zhì)的體驗。

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目前,QAV1已經(jīng)支持的功能包括多種速度檔次、多種碼率控制方式、8K視頻編碼等。這種與差異化環(huán)境相匹配的細(xì)節(jié)打磨,同時兼顧了網(wǎng)絡(luò)帶寬與用戶體驗。

萬眾期待的5G,自然也需要與之匹配的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)來呼應(yīng)。以愛奇藝為例來說,AVS3應(yīng)用已經(jīng)在路上了,用移動智能手機(jī)看8K超高清視頻、瀏覽VR新聞資訊、與虛擬偶像互動……這些新娛樂體驗,或許都將借助視頻編碼的技術(shù)魔術(shù),被呈現(xiàn)到我們眼前。

從愛奇藝的視頻編碼探索中,不難看到,技術(shù)的時代快車并不容易拿到船票的。唯有長期披荊斬棘,才能順利摘得王冠。

附錄:更多音視頻技術(shù)方面的資料

[1] 實(shí)時音視頻開發(fā)的精華資料:

《即時通訊音視頻開發(fā)(一):視頻編解碼之理論概述》

《即時通訊音視頻開發(fā)(二):視頻編解碼之?dāng)?shù)字視頻介紹》

《即時通訊音視頻開發(fā)(三):視頻編解碼之編碼基礎(chǔ)》

《即時通訊音視頻開發(fā)(四):視頻編解碼之預(yù)測技術(shù)介紹》

《即時通訊音視頻開發(fā)(五):認(rèn)識主流視頻編碼技術(shù)H.264》

《即時通訊音視頻開發(fā)(六):如何開始音頻編解碼技術(shù)的學(xué)習(xí)》

《即時通訊音視頻開發(fā)(七):音頻基礎(chǔ)及編碼原理入門》

《即時通訊音視頻開發(fā)(八):常見的實(shí)時語音通訊編碼標(biāo)準(zhǔn)》

《即時通訊音視頻開發(fā)(九):實(shí)時語音通訊的回音及回音消除概述》

《即時通訊音視頻開發(fā)(十):實(shí)時語音通訊的回音消除技術(shù)詳解》

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