视频编码是什么？AV1、VP9、H.264（AVC1）、H.265（HEVC） 到底有啥区别？

了解视频编码之前，我们先来做一个简单的数学与计算机储存计算：

假设我们有一个1920*1080分辨率的视频，具体参数如下：

• 分辨率：1920×1080 像素（单帧图像的像素总数）
• 帧率：25 帧 / 秒（每秒包含的帧数）
• 时长：10 分钟 = 600 秒
• 颜色深度：8 bit / 通道（通常默认按 RGB 三通道 计算，即总色深为 8×3=24 bit / 像素）

计算此视频占用的储存空间：

• 单帧图像的像素总数
  1920 × 1080 = 2,073,600 像素
• 单帧图像的数据量（bit）
  总色深为 24 bit / 像素，因此单帧数据量 = 2,073,600 × 24 = 49,766,400 bit
• 每秒视频的数据量（bit）
  帧率 25 帧 / 秒，因此每秒数据量 = 49,766,400 × 25 = 1,244,160,000 bit
• 总时长的数据量（bit）
  时长 600 秒，因此总数据量 = 1,244,160,000 × 600 = 746,496,000,000 bit

单位换算（转换为常见可读储存单位）

• 1 Byte = 8 bit，1 MB = 1024 KB = 1024×1024 Byte
• 总数据量（Byte）= 746,496,000,000 ÷ 8 = 93,312,000,000 Byte
• 总数据量（MB）= 93,312,000,000 ÷ (1024×1024) ≈ 88,988 MB
• 总数据量（GB）= 88,988 ÷ 1024 ≈ 86.9 GB

通常情况下，我们保存一个1920*1080分辨率，25帧率，10分钟时长的视频需要的储存空间是：86.9GB（其中一帧都需要6MB左右），假设其他参数不变，换成3840*2160的分辨率，大概需要363.3GB的储存空间，这是一个非常夸张的值。

正是因为未压缩的视频数据量极其庞大，远超存储和传输的实际需求，所以视频编码技术才应运而生，其核心目的就是在保证可接受画质的前提下，大幅缩减视频体积，让视频的存储、传输和播放成为可能。

为什么必须编码呢？

用上面的计算数据为例：

• 10 分钟的 1080P 未压缩视频（RGB 格式）约 86.9 GB，4K 则高达 363.3 GB；
• 若按此数据量，一部 2 小时的 4K 未压缩电影需要约 4.4 TB 存储空间，而传输时即使用 1000Mbps 的带宽，也需要近 10 小时才能传完，这在实际场景中完全不可行的。

那编码是如何工作的呢？

视频编码通过去除冗余信息实现压缩，主要包括两类冗余：

• 空间冗余：单帧图像中相邻像素的颜色、亮度往往相似（比如一片蓝色天空），编码会用更简洁的方式描述这些重复信息；
• 时间冗余：连续帧之间的画面变化通常较小（比如静止镜头中只有人物移动），编码会只记录帧与帧之间的差异，而非重复存储完整画面。

常见的编码标准（如 H.264/AVC、H.265/HEVC、AV1、VP9 等）会通过复杂算法优化这些过程，最终让视频体积缩减到未压缩状态的几十分之一甚至几百分之一，同时尽可能保留画质。

未压缩的视频数据量是 “理论值”，而编码技术是连接理论与实际应用的关键，假设没有编码，高清视频的存储、在线播放、直播等场景都无法实现。编码的本质，就是在 “画质” 和 “体积” 之间找到平衡，让视频技术真正服务于生活和工作。

现在让我们一起对比一下常见的视频编码标准

AV1、VP9、H.264（AVC1）、H.265（HEVC）均为视频编码标准，它们在压缩效率、兼容性、应用场景等方面存在显著差异，以下是具体对比：

1. H.264（AVC1） • 发布时间：2003年 • 特点： ◦ 目前应用最广泛的编码标准，兼容性极强，几乎所有设备（电脑、手机、播放器、浏览器等）都支持。 ◦ 压缩效率中等，在同等画质下，码率高于新一代编码（如H.265、AV1）。 ◦ 编码/解码复杂度较低，对硬件性能要求不高。 • 应用场景：流媒体（如早期YouTube、在线课程）、监控录像、蓝光光盘、普通视频文件（MP4常见格式）等。 • 缺点：在4K/8K等高分辨率视频下，码率较高，带宽占用大。
2. H.265（HEVC） • 发布时间：2013年 • 特点： ◦ 作为H.264的升级版，压缩效率提升约50%——相同画质下，码率仅为H.264的一半，尤其适合高清/超高清视频。 ◦ 支持更高分辨率（最高8K）和动态范围（HDR）。 ◦ 编码/解码复杂度高，对硬件性能要求高（早期需专用芯片支持）。 • 应用场景：4K流媒体（如Netflix、亚马逊Prime）、4K蓝光、高清监控等。 • 缺点： ◦ 专利授权复杂且费用高，限制了部分厂商（尤其是免费平台）的使用。 ◦ 兼容性不如H.264（老旧设备可能不支持）。
3. VP9 • 发布时间：2013年（由Google主导开发） • 特点： ◦ 开源免费，无专利费用，与H.265压缩效率接近（略低于HEVC，但优于H.264）。 ◦ 谷歌生态支持良好（YouTube默认用VP9传输4K视频）。 ◦ 解码复杂度高于H.264，但低于H.265。 • 应用场景：YouTube 4K视频、谷歌相关产品（如Chrome浏览器）、部分流媒体平台。 • 缺点：兼容性不及H.264，部分老旧设备或软件不支持；编码效率略逊于H.265和AV1。
4. AV1 • 发布时间：2018年（由AOMedia联盟开发，成员包括谷歌、苹果、亚马逊等） • 特点： ◦ 目前压缩效率最高的编码标准——比H.265再提升约30%，比H.264提升约50%-60%，同等画质下码率最低。 ◦ 开源免费，无专利费，解决了H.265的专利问题。 ◦ 支持8K、HDR等先进特性，未来扩展性强。 • 应用场景：新一代流媒体（如YouTube、Netflix试验性支持）、未来超高清视频传输、低带宽环境下的高清视频。 • 缺点： ◦ 编码/解码复杂度极高，对硬件性能要求苛刻（目前主要依赖高端CPU/GPU或专用芯片）。 ◦ 兼容性仍在提升中（部分设备和软件尚未支持）。

核心对比总结

标准	压缩效率	专利费用	兼容性	硬件要求	典型应用
H.264（AVC1）	低	较低	极高	低	广泛（各种媒体）
H.265（HEVC）	中	高、复杂	较好	中高	4K、蓝光、HDR
VP9	中高	开源免费	一般	中	YouTube、Google
AV1	极高	开源免费	差	极高	未来、B站

选择建议：

• 追求兼容性和低成本：选H.264。
• 需平衡画质与带宽（4K）且能接受专利费：选H.265。
• 免费且依赖谷歌生态：选VP9。
• 未来-proof（8K、低带宽）且能接受高硬件成本：选AV1（逐步普及中）。

目前，VP9 与 AV1 的编码支持在硬件和软件层面仍不够普及。以 NVIDIA 显卡为例，30 系列及以下型号虽支持 AV1 硬件解码，但均不支持 AV1 编码；若依赖 CPU 进行 AV1 软编码，速度又会非常慢。

后续我会专门整理一份清单，详细说明 NVIDIA、AMD、Intel 的独立显卡及核显中，哪些型号支持 AV1 和 VP9 的硬件编码与解码。届时大家可对照清单，快速了解自身设备的支持情况。

希望通过这篇文章，大家可以对于视频编码有一个初步的了解和认识。