2.1.1　视频编码的三项指标

衡量视频编解码器有多项指标，其中最重要的三项是：编码输出视频的码率，希望它越低越好；编码输出视频的失真，也是希望它越小越好；视频压缩编码算法的复杂度，希望它越低越好。但是这三者是高度关联、相互制约的，不可能同时达到最优状态。

1．编码码率

一个实际的视频编码器总是工作在一定限制的环境中。其中最主要的限制就是码率，尤其是信道码率，它只允许视频编码器产生一定量的数据。通常情况下，视频数据源以一定的比特率给编码器，编码器处理这些固定的高速数据流，产生经压缩后的数据流，其数据量大为减少，码率大为降低。输出视频流的压缩程度，即所产生的比特数取决于多种因素，如编码算法（帧内或帧间、前向或双向预测、整像素或小数像素运动补偿、DCT或小波变换等），视频内容（含有大量空间细节和高速运动的视频序列、仅含少量的细节和平缓运动的视频序列等），编码参数（量化步长、图像或宏块模式选择、运动矢量搜索区域等）等。

2．编码失真

无损压缩编码器在对图像数据进行压缩后并不丢失原始数据的信息。但是，有损压缩编码器对数据大幅度压缩是以损失一部分图像信息为代价的。一般说来，有损压缩方法的压缩比要远远大于无损压缩方法。因此，要获得图像和视频数据的高倍压缩，只有采用有损压缩的方法，而不能采用无损压缩的方法。有损压缩输出的是一个比原始输入图像质量低的视频序列，也就是产生了失真，称为编码（引起的）失真。

在编码方法一定的情况下，视频的编码失真和所给定的码率有关，码率和失真之间的关系定义为率失真（Rate Distortion，RD）关系。一定的率失真关系表现了编码器一定的率失真性能，通常所说的率失真性能好，实际上意味着在一定码率下，重建图像的质量好。

应该注意到，这里的图像失真，不仅仅是视频图像的空间域失真，如峰值信噪比PSNR的降低。实际上，还需考虑时间域失真。例如，因为码率受限，出现“丢掉”视频帧序列中的一帧或几帧的情况，从而引起的帧间“跳动”的失真。

3．编码复杂度

实际视频编码器的高性能，往往是以高复杂度计算为代价而取得的。在有限的计算资源和功率消耗的限制下，视频编码必须在计算复杂性和失真大小之间做出最好的折中。例如，编码器为获得最佳的率失真性能，需要对各种参数、模式计算它们的率失真性能，确定其最佳取值，必然需要大量的计算。实际中往往采用简化公式、经验数据和缩小比较范围来降低计算量。再如，运动估计的全搜索算法性能最好，搜索区域越大越好，但计算复杂度高。实际中往往采用简化的快速算法（如三步搜索法），只在较小的搜索区域和很少的点上进行搜索，牺牲了一定的匹配正确性。

最后，用图2.1来简单示意视频编码的码率（ R ）、失真（ D ）和复杂度（ C ）之间的制约关系。三者之间大致上可用 R-D-C 空间第一象限中的一个类似的双曲面来表示，一般情况下，高码率可导致失真和复杂度的降低，高复杂度有可能获得较低的码率和较小的失真，允许较高的失真可降低编码复杂度和传输码率。实际的编码器设计就是在整个曲面上折中选择适当的“工作点”。