视频压缩技术是现代数字媒体的基石,其核心目标是在尽可能保证视觉质量的前提下，最大限度地减少视频数据的大小，从而节省存储空间和传输带宽。
我们可以从技术演进、核心思想、主流标准、应用场景等多个维度来展开比较。
技术演进与核心思想对比
压缩技术主要分为两大类：有损压缩 和 无损压缩，视频领域几乎全部采用有损压缩，因为它能实现极高的压缩率，而人眼对某些失真不敏感。
| 技术世代 | 核心思想 | 关键技术 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 早期 (MPEG-1/2) | 基于块的离散余弦变换 + 运动补偿 | DCT: 将图像空间信息转换为频率信息，对高频信息进行粗量化。 2. 运动补偿: 通过寻找帧间相似块的运动矢量，只传输差值，减少时间冗余。 |
概念简单，技术成熟，奠定了视频压缩的基础。 | 压缩率低，容易产生“马赛克”和“振铃效应”，对复杂运动处理不佳。 |
| 中期 (H.264/AVC) | 更精细的预测 + 更灵活的编码 | 多帧参考: 可参考前面多帧进行预测，提高预测精度。 2. 多种帧内预测: 利用相邻已编码块预测当前块，减少空间冗余。 3. 整数变换: 代替DCT，计算更高效，适合硬件实现。 4. 环路滤波: 去除压缩带来的块效应和振铃效应。 |
压缩率相比MPEG-2提升一倍以上，画质更好，应用极其广泛。 | 编码计算复杂度高，编码延迟较大，难以应对4K/8K超高清和实时通信。 |
| 现代 (H.265/HEVC) | 编码单元灵活化 + 新增预测工具 | 编码树单元: 从16x16到64x64的灵活划分，更好地处理不同细节区域。 2. 新增预测模式: 如帧内预测方向更多，帧间预测合并技术等。 3. SAO样本自适应偏移: 更精细的环路滤波，提升主观质量。 |
压缩率比H.264提升约50%（同等画质下码率减半），画质更优。 | 编码/解码复杂度是H.264的3-4倍，对硬件性能要求极高。 |
| 前沿 (H.266/VVC & AVS3) | 更灵活的划分 + 新的预测与变换技术 | 编码单元/预测单元/变换单元: 从四叉树扩展到更灵活的多类型树，可同时进行水平和垂直划分。 2. 新预测工具: 如仿射运动补偿（处理非平移运动）、线性模型等。 3. 新的变换: 如嵌套块变换、变换跳过等。 4. 更先进的环路滤波: 如ALF（自适应环路滤波）。 |
压缩率比H.265再提升约50%，为8K、VR、云游戏等未来应用铺路。 | 编码/解码复杂度是H.265的数倍，目前产业链尚未成熟，普及度低。 |
| AI驱动的未来 (AV1/AOM & SVT-AV1等) | 基于学习的预测与码率控制 | 神经网络预测: 使用神经网络进行帧内/帧间预测，生成更精准的预测块。 2. 智能滤波: 用AI模型替代传统环路滤波，修复压缩失真。 3. 率失真优化: 利用AI模型更精准地评估码率与失真的关系，指导编码决策。 |
理论上压缩率超越所有传统编码标准，能更好地保留主观细节，减少伪影。 | 计算复杂度极高，对硬件（尤其是AI加速）依赖性强，标准化和生态建设仍在进行中。 |
主流编码标准详细对比
这里我们重点对比三个最具代表性的标准：H.264 (AVC)、H.265 (HEVC) 和 H.266 (VVC)。
| 特性 | H.264 / AVC (Advanced Video Coding) | H.265 / HEVC (High Efficiency Video Coding) | H.266 / VVC (Versatile Video Coding) |
|---|---|---|---|
| 核心目标 | 在良好画质下实现高压缩率 | 相较H.264，码率减半，画质不变 | 相较H.265，码率再减半，画质不变 |
| 编码单元 | 宏块，固定大小 16x16 像素 | 编码树单元，从 16x16 到 64x64 灵活划分 | 编码单元，从 4x4 到 128x128 灵活划分（MTT） |
| 帧内预测 | 9种方向预测 + 1种DC/平面预测 | 35种方向预测，支持更精细的预测 | 67种方向预测，新增仿射预测等 |
| 帧间预测 | 支持多参考帧，运动矢量精度为1/4像素 | 支持更多参考帧，新增合并/跳过模式，AMVP | 新增仿射运动补偿，新增子块划分，支持更多参考帧 |
| 变换 | 整数变换，4x4为主 | 整数变换，支持4x4, 8x8, 16x16, 32x32 | 支持嵌套块变换，新增变换跳过 |
| 环路滤波 | 去块滤波器 | SAO (样本自适应偏移) + 去块滤波器 | ALF (自适应环路滤波) + SAO + 去块滤波器 |
| 压缩效率 | 基准 | 相比H.264，码率降低约50% | 相比H.265，码率降低约50% |
| 计算复杂度 | 基准 (编码/解码复杂度约为H.264的2-4倍) | 非常高 (编码/解码复杂度约为H.264的5-10倍) | 极高 (编码/解码复杂度约为H.265的2-3倍) |
| 主要应用 | - 网络视频 (YouTube早期, 优酷等) - 蓝光光盘 - 大部分网络摄像头 - 直播推流 |
- 4K超高清视频流 (Netflix, Amazon Prime) - 高端蓝光/UHD Blu-ray - 高端智能手机录制 - 广播电视 |
- 8K超高清视频 - VR/AR (高分辨率、高刷新率) - 云游戏 - 专业视频制作与存档 |
| 市场普及度 | 极高，目前仍是存量最大的标准 | 高，正在快速普及，尤其在4K领域 | 低，标准较新，硬件和内容支持有限，主要用于前沿领域 |
技术选型与应用场景对比
选择哪种压缩技术,取决于应用场景、目标画质、码率预算和硬件性能等多个因素。
| 应用场景 | 推荐技术 | 原因 |
|---|---|---|
| 网络视频 (YouTube, B站等) | H.264 (主流) / H.265 (新内容/4K) | H.264 兼容性最好，覆盖所有设备，对于4K内容，H.265 能在保证流畅播放的同时，提供更高画质。 |
| 移动端直播/短视频 | H.264 / 自研/私有编码器 | H.264在移动端解码成熟，功耗低，部分平台会采用自研的编码器，在特定码率下追求更好的主观质量。 |
| 4K/8K 超高清流媒体 | H.265 (4K) / H.266 (8K) | H.265 是4K流媒体的“甜点”，平衡了画质和带宽。H.266 则是面向8K未来的标准，但目前内容较少。 |
| 广播电视 | H.264 (标清/高清) / H.265 (超高清/4K电视) | 地面/卫星广播仍以H.264为主，欧洲等地已经开始试验H.265的4K广播服务。 |
| 安防监控 | H.264 (主流) / H.265 (高端) | H.264成本最低，能满足大部分需求，对于需要长时间存储的高清摄像头，H.265能节省大量硬盘空间。 |
| 专业制作与存档 | ProRes (Apple) / DNxHR (Avid) (无损/近无损) / H.266 | 制作环节通常使用高质量的无损/近无损编码，保证多次编辑无损失，归档时，会使用高效的H.266进行长期存储。 |
| VR/AR 与云游戏 | H.266 / AV1 / AI编码 | 这些场景对分辨率、刷新率和延迟要求极高，需要极致的压缩效率和低延迟，H.266和未来的AI编码是主要方向。 |
总结与未来展望
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H.264 (AVC): “功勋卓著的基石”，它以其优秀的平衡性和广泛的兼容性，在过去十年统治了视频世界，至今，它仍然是互联网视频的绝对主力。
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H.265 (HEVC): “高效普及的过渡者”，它以翻倍的压缩效率，完美支撑了4K时代的到来，虽然因其授权复杂和高昂的专利费而普及受阻，但其技术优势不可替代，已成为高端内容的标配。
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H.266 (VVC): “面向未来的远见者”，它代表了传统编码技术的巅峰，为8K、VR等更高要求的应用铺平了道路，其巨大的计算复杂度和尚未形成的产业生态，使其普及之路漫长。
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AI驱动的编码 (如 AV1): “颠覆性的革新力量”，AI技术正在从根本上改变视频编码的范式，从传统的“基于信号处理”转向“基于数据学习”，它有望在未来超越传统编码的理论极限，在相同的码率下提供前所未有的视觉质量，虽然目前面临计算成本和标准化的挑战，但代表了视频压缩的未来方向。
（图片来源网络，侵删）
最终结论： 没有“最好”的压缩技术，只有“最合适”的压缩技术，选择时，必须根据你的具体需求，在压缩效率、画质、硬件成本、兼容性和延迟之间做出权衡，对于普通用户而言，未来几年将是H.264、H.265和H.266共存的时代，而AI编码则是在不远的将来值得我们期待的重大变革。
