浅谈视频会议中H.264编码标准的技术发展

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H.264编码技术和发展趋势

H.264编码技术和发展趋势
作者简介 : 鲁
敏 (9 8 ) 男 , 16 一 , 工程 师, 主要从事广播 电视技 术工作.
2 8 0 5
维普资讯
鱼 敏:.6 编码技术和发展趋势 H 24

塑 96 0 年第2 期 1
因为画面图像 的左右 、 上下肯定都有一定的相关性 , 所
持 网络 中的视 频流 媒体 传 输 ; 支持 不 同 网络 资 源 下 的 分级 编码传 输 , 大大 节 省 用 户 的下 载 时 间和 数 据 流 量
组建的联合视频组共同制 定的新数字视频编码标准。 IU—T( 际 电 联 ) 定 的 标 准 有 H 2 1 H. 6 、 T 国 制 . 6 、 2 3
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文献标识码 : B
H 2 4编 码 技 术 和 发 展 趋 势 .6
口鲁 敏 ( 青岛市广播电 视局城阳广电 中心, 东青岛26 9 山 61 ) 0

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视频编码标准H264的核心技术分析

视频编码标准H264的核心技术分析

视频编码标准H.264的核心技术分析刘頔罗代升(四川大学电子信息学院,成都,610064)【摘要】: H.264/AVC建议是目前最新的视频压缩标准。

本文首先简要介绍图像通信中,视频编码标准H.261和H.263建议的基本原理和主要特点。

然后详细分析研究了H.264建议中的关键技术,包括帧内帧间预测编码、去块效应滤波、可变块大小、多帧和亚像素运动估计、整数DCT变换以及新的熵编码等新技术。

【关键词】:H.264 视频编码帧内预测帧间预测整数DCT变换熵编码0 前言图像通信是近年来取得长足发展的现代通信技术,图像压缩的进步则是通信发展中的重要组成部分。

国际标准建议H.261的问世,是对图像编码近40年研究成果的总结,解决了可视技术在通信中的应用这一长期困扰人们的问题,覆盖了整个窄带ISDN 上视听业务的图像编码,极大地推动了会议电视、电视电话等图像通讯方式的国际化和产业化。

随后,ITU在H.261建议的基础上着手极低码率图像压缩的标准,制定了H.263建议,以及最新的H.264/A VC。

本文首先对H.261和H.263建议的基本原理进行阐述,然后对新标准H.264/A VC中的新技术进行说明,最后再对H.26x系列标准进行总结。

1 H.261建议的基本原理每一个图像压缩标准的制定,都针对它最适合的应用目标。

H.261是最早定义的视频编码标准。

它首次使用了运动补偿预测编码与DCT变换相结合的方法,其视频编码信号的传输速率从64kbps到1.92Mbps,故为p×64K视频编码器(p取值在1~31之间)。

H.261主要应用于ISDN网上的视频会议系统,定位在电路交换网络系统。

H.261编码器的原理如图1所示。

该建议主要采用CIF图像分辨率格式和QCIF分辨率格式, 以解决不同制式通信间的兼容问题。

对于每一个帧间编码的宏块,H.261采用运动补偿的帧间预测算法,消除电视图像时间域上的相关性;对预测误差进行DCT变换以消除图像空间域上的相关性;然后自适应量化DCT系数,以充分利用人的视觉特性;接着进行熵编码,以实现统计匹/帧间指/不传指示)q(变化系数)(运动矢量)(环路滤渡器指图1 H.261编码器原理框图配编码;最后采用输出缓冲存储器,以平滑数码流,达到输出数码率保持恒定的目的。

H_264的视频编码技术解析

H_264的视频编码技术解析
(四)去除方块效应滤波器 为了降低由H.264高压缩比产生的明显的块失真效
应,H.264 采用了去除方块效应滤波器,所有宏块均 按扫描顺序进行有条件的滤波。根据宏块中每一个块 的位置和量化参数的不同,对每一条块边界设置不同 的滤波强度,自适应的调整滤波效果。在宏块中按下 面的顺序对 4×4块的水平和竖直边界滤波。首先对亮 度分量的 4个垂直边界滤波,其次对亮度分量的4个水 平边界滤波,再次对色度分量的 2 个垂直边界滤波, 最后对色度分量的 2 个水平边界滤波。去除方块效应 滤波器的滤波将影响临近块边界的至多 3 个像素。通 过这种自适应调整强度的解块滤波,有效地改善解码 图像的主观视觉质量。并且在编码器中用滤波的宏块 做运动补偿时,可以减小预测残差,提高压缩效率。
工程与技术
Engineering and Technology
VCL中,运动补偿支持多种块的形状和尺寸,支持小数取 样内插滤波,支持小至4×4的块尺寸和多参考帧图像。 运动位移的精度通常为 1/4,也支持1/8 精度。它除了支 持I帧、B帧和P帧外, 还支持一种新的流间转换帧 (Inter-Stream Transitional Pictures),称之为 SP 帧。在编 码器预测环路采用了去方块效应滤波。
图2. H.264 视频编码器结构框图 (一)帧内预测
帧内预测是用邻近块的像素(当前块的左边和上 边)做外推来实现对当前块的预测,预测块和实际块 的残差被编码,以消除空间冗余。尤其是在变化平坦 的区域,利用帧内预测可以大大提高编码效率。当块 或宏块做帧内编码时,对于每个4×4的亮度块(除了 边缘块特别处置以外),每个像素由它左上角的17个最
(二)网络提取层( N A L ) 网络提取层(NAL)负责使用下层网络的分段格式来

H.264编码技术简介.

H.264编码技术简介.

H.264编码技术简介摘要:本文介绍了H.264编码基本概况,技术特点,并与其他标准进行了比较。

简单介绍了H.264视频编码标准的几个关键技术,并针对目前H.264在监控领域的应用做了讲解。

目录摘要: (1)一.引言 (2)二. H.264视频编码基本概况 (2)2.1 什么是H.264编码? (2)2.2 720P H.264高清成市场主流 (2)2.3 H.264 视频编码标准状况 (2)2.4 H.264 视频编码技术先进性 (3)2.5 H.264的核心竞争力是什么? (5)2.6 Main Profile (6)三、H.264与其他标准的比较 (6)3.1H.264与其他标准的比较 (6)3.2 H.264的技术特点 (8)3.2.1 分层设计 (8)3.2.2 高精度、多模式运动设计 (8)3.2.3 帧内预测功能 (8)3.2.4 4×4块的整数变换 (8)3.2.5 统一的VLC (8)3.3 H.264的主要特点 (9)四、关键技术 (10)五、H.264在监控的应用 (12)5.1 TOYA SDVR 7IV 系统简介 (12)5.2 TOYA SDVR 7IV 系统主要特点 (12)5.3 主要技术规格 (13)5.4 系统功能 (13)5.5 TOYA SDVR 7IV系统应用 (13)六、H.264的总体优缺点 (14)七、小结 (15)八、参考文献 (16)一.引言随着社会的不断进步和多媒体信息技术的发展,人们对信息的需求越来越丰富,方便、快捷、灵活地通过语音、数据、图像与视频等方式进行多媒体通信已成不可或缺的工具。

其中视觉信息给人们直观、生动的形象,因此图像与视频的传输更受到广泛的关注。

然而,视频数据具有庞大的数据量,以普通的25帧每秒,CIF格式(分辨率为352×288)的视频图像为例,一秒钟的原始视频数据速率高达3.8M字节。

不对视频信号进行压缩根本无法实时传输如此庞大的数据量,因此,视频压缩技术成为研究热点。

数字电视H.264编码技术分析及应用展望

数字电视H.264编码技术分析及应用展望

数字电视H.264编码技术分析及应用展望典型的数字电视系统是在发送端的数字电视节目源(主要由视频、音频等数据组成)先经过信源编码处理.得到压缩编码后的视频、音频码流,随后进行信源编码,需要辅助数据与控制数据的支持。

信道编码实现检错、纠错功能,以提高数字电视传输信号的抗干扰能力,以便之适应信道传输特性,再进行载波调制以实现频谱搬移最后送入传输信道。

目前数字视频领域,有两大制定视频编码标准的组织,它们是ITU-T与ISO/IEC。

ITU-T制定的标准包括H.261、H.263、H.264,主要应用于实时视频通信领域,如会议电视。

MPEG系列标准是由ISO/IEC制定的,主要应用于视频存储(VCD、DVD)、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。

H.264具有较强的抗误码特性,可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。

1 编码技术分析1.1 帧内预测编码帧内编码用来缩减图像的空间冗余。

为了提高H.264帧内编码的效率,在给定帧中充分利用相邻宏块的空间相关性,相邻的宏块通常含有相似的属性。

因此,在对一给定宏块编码时,首先可以根据周围的宏块预测(典型的是根据左上角的宏块,因为此宏块已经被编码处理),然后对预测值与实际值的差值进行编码,这样,相对于直接对该帧编码而言,可以大大减小码率。

如图1。

1.2 帧间预测编码帧间预测编码利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。

H.264的运动补偿支持以往的视频编码标准中的大部分关键特性。

(1)不同大小和形状的宏块分割对每一个16×16像素宏块的运动补偿可以采用不同的大小和形状。

(2)高精度的亚像素运动补偿在H.263中采用的是半像素精度的运动估计,而在H.264中可以采用1/4或者1/8像素精度的运动估值。

在要求相同精度的情况下,H.264使用1/4或者1/8像素精度的运动估计后的残差要比H.263采用半像素精度运动估计后的残差来得小。

这样在相同精度下,H.264在帧间编码中所需的码率更小。

H.264标准的视频加密技术分析与展望

H.264标准的视频加密技术分析与展望
n a s c i e n c e a n d T e c h n o l o g y R e v i e w
H. 2 6 4标 准 的视频 加 密技术 分析 与展 望
唐 瑜 升
( 同 济大 学软 件学 院 上 海 2 0 1 8 0 4 ) [ 摘 要] 随着 网 络与多 媒体技 术 的飞速 发展 , 视频 数据 的安 全 问题 越来 越突 出 , 本文 简要分 析 了新一 代视 频压缩 编码 标准 H. 2 6 4 的特 性 , 总结 了现 有基 于H. 2 6 4 的五类加密算法 : 完全加密、 部分加密、 置乱加密、 选择性加密及基于熵编码加密, 对比了各类加密算法的优缺点, 指出了它们各 自适合的应用范围, 结合现有各 种视 频业 务进 行 了需求 分析 , 最 后对 基于 H. 2 6 4 标 准 的视频 加密 算法 作 了展望 。 [ 关键 词] 视频 加密 , 混沌 , 置乱t 流加 密 ; 熵 编码 l H. 2 6 4
5总 结与 展 望 对 近年来 基于 H. 2 6 4 标准 的典型 加密算 法进行 了分类 , 对 比了各 类算法 的 优缺 点 , 指 出了 目前 主流视 频业务 的加密功 能需求 。 通 过分 析 可见 : 完全加密 将 视频数 据 当做普 通二进 制数据 流进行分 组加密 或混沌 流加密 , 没有考 虑应用 层 面功 能 , 安 全性高 , 但存在 加 密费 时 , 误码 累积 等不 足 。
加解密前后应尽量保持数据量不变, 理想视频加密算法应具有压缩率不变
性。 加密 后 的数 据 . 存储 时不 改变 占用 空间 。 ( 3 ) 满 足实 时性 由视频数据 本身特 『 生 决定 , 要求 加解密算法 复杂度 适 中, 快速, 利于软硬 件 实现, 符 合 人 眼视 觉 系统特 性和 各种 通行 视频 帧速 率标 准 。 ( 4 ) 数据 可操 作 性 加解密 前后视 频数据 的格 式信息 应保持 不变 , 比如句法 结构 , 视 频格 式信 息等 。 这 对于 实现 应用层 的操 作功 能成为 可能 , 如 码率控 制 、 播放 操作 、 数据 操 作。 3 4。 1 2 6 4 加 密技 术分 类 及对 比 现有H. 2 6 4 标准 视频加密 技术借 鉴 了已有成 熟的视频 编码 加密技术 , 结 合 H. 2 6 4 标 准的新 特性 进行 针对 性加 密 , 主要 有 以下几 类 : ( 1 ) 完 全 加密 利用DE S 、 R S A等传 统密码 技 术 , 将压缩 编码 后 的视频 流当作 普通 二进 制

H.264编码标准的分析研究

信息科学SI L I C o NLL EY毯霾t;H.264编码标准的分析研究李伟英(娄底职业技术学院钟新跃湖南娄底417000)[摘要]主要学习研究H.264标准中的关键技术,H.264标准是最新的视频编码标准,它采用一系列先进的编码技术,在编码效率、抗误码能力、网络适应性等方面表现出超越以往各标准的优势,}L264的研究和应用将大大推进视频技术的发展。

[关键词]H.264视频编码中图分类号:TP3文献标识码:^文章编号:1671—7597(2008)0710040—01随着科技的发展,人们的生活越来越便利,家庭中的家务劳动大多都由各种各样的家用电器代劳,工业生产中,己广泛实现自动化,通信领域也在飞速发展,由书信、电报到传真、电话、E—m a i l、网络聊天,人与人的沟通任何时候任何地方都在进行。

人们的需求就是科技发展的推动力,近年来,视频技术成为关注的焦点,在娱乐、远程医疗、远程监控、视频会议、网络教学等领域都得到广泛的应用,相信在即将出台的3G无线通信中,视频技术也会有更好的表现。

国际化标准组织(I sO)/国际电工委员会(IEc)和国际电信联盟(I T u)制定了一系列视频编码标准以获得更好的编码效率。

H.264是由I s0/I E c和I T u合作制定的新一代视频编码标准,2003年3月正式通过,现在正处于应用开发阶段,凭借它的优势必将在视频应用领域大有作为。

一、H.2斛标准介绍H.264同样采用DPcM加变换编码的混合编码模式,但它采用“回归基本”的简洁设计,不用众多的选项,但获得比H.263++好得多的压缩性能:应用目标范围较宽,以满足不同速率、不同分辨率以及不同传输(存储)场合的需求。

技术特点包括:(1)帧间编码,可变块的运动补偿预测技术:(2)帧内编码,多方向的空间预测技术;(3)环内滤波器。

去除块效应;(4)4×4的整数正交变换及相应的量化策略;(5)改进的运动向量预测编码;(6)更加高效的熵编码器;(7)基于信息率失真的编码优化技术。

H.264视频编码标准分析和算法优化

H.264编码标准的分析和算法优化一、研究背景:随着社会的不断进步和多媒体信息技术的发展,人们对信息的需求越来越丰富,方便、快捷、灵活地通过语音、数据、图像与视频等方式进行多媒体通信已成不可或缺的工具。

其中视觉信息给人们直观、生动的形象,因此图像与视频的传输更受到广泛的关注。

然而,视频数据具有庞大的数据量,以普通的25帧每秒,CIF格式(分辨率为352×288)的视频图像为例,一秒钟的原始视频数据速率高达3.8M字节。

不对视频信号进行压缩根本无法实时传输如此庞大的数据量,因此,视频压缩技术成为研究热点。

随着近几年来视频图像传输领域的不断扩展,以往的标准己经难于适应不同信道的传输特征及新兴的应用环境。

为此,ISO/IEC&ITU-T共同开发了最新视频编码标准H.264/AVC。

相对以前的视频编码标准,H.264集成了许多新的视频压缩技术,具有更高的压缩效率和图像质量。

在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩比是应用于当前DVD系统MPEG-2的2~3倍,比MPEG-4高1.5~2倍,并且具有更好的网络友好性。

但是H.264高压缩比的代价是编码器计算复杂度大幅度地提高。

因此在保持编码效率几乎不变的同时尽可能提高编码速度是H.264/AVC视频编码标准能否得到广泛应用的关键。

在上述研究背景下,本文深入探讨了H.264/AVC标准,分析了编码器主要耗时模块的工作原理,提出三种降低H.264/AVC高计算复杂度的优化算法――快速帧内预测模式选择算法、快速帧间预测模式选择算法以及快速运动估计算法。

实验结果表明:本文所提快速算法都可大幅度地降低H.264编码器的计算复杂度,并且保持基本不变的编码效率。

二、新一代视频编码标准H.264简介:编码标准演进过程:H.261 MPEG-1 MPEG-2 H.263 MPEG-4从视频编码标准的发展历程来看,视频编码标准都有一个不断追求的目标:在尽可能低的码率(或存储容量)下获得尽可能好的图像质量。

H.264/AVC/AVS技术进展及其发展策略思考


动电话 , 实时视频会议. 视频监控 流 媒体 、 多媒体 【 超媒体) 视频 It r t l re l  ̄ e
视频及多媒体 { 超媒体 】 l n, 、 手机
电视 宽带电话及视频信 息存储等 ,
但对其成熟过程 复杂性及指定时期 内的确切市场定位 也 必须要有一个 冷静 理 智的估计 . 才能确保 其积极 稳妥 . 科学 务实地健康有序 发展 。 基
者台 作成 立联合视频组 《 ] 20 年9月 J T的第一发会议上 J 0i VT v
制定了以H 2L为基础的H. 4 6 2 标准草案和测试模型 T - 6 ML 9 0 3 2 0 年3月在泰国 P t y 举行的第七次 J aaa t VT会议上 J T形成了最终 v 标准草案 .分别提 交I U T及 IO I C审批 .从而形成 20 年第 T . S/ E 03 二季度发布 的统 一标准 H,6 I C,该标 准在 I U— 2 4 AV T T称为 H
ห้องสมุดไป่ตู้
随着NG 3 N G及 3 G演进和NG W 等对视频 B
多媒体 业务
术进展囊萁务窒发展萤略思考.
与网络应用的飞速发展需 求.作 为视频业务及存储应 用核心技术 的高效率视频数字压缩编( 译码) 术 愈来愈 引起人们的关注与 技
【 关键词】
N GN G G演逛 NG 3 BW 2 x H.6 MP G- 2 4AVC E x H. 6  ̄
主要 用于 I DN 及 A S TM 等准 宽带及宽带 信道视频 不适宜于 PT S N及移动通 信等 窄带夏 带宽有限的信道 与网络_ 应用 为满 二 足低速章视频通信需要 I - TU T于 】 9 9 6年又推出 了适台在小于 6 k / 速率的信 道上恃输 的视频编码标准 H_ 3 】9 4 bs 2 . 9 8年又推出 6

视频会议最新编码H.264技术特点

视频会议最新编码H.264技术特点
H.264是视频会议的最新视频编码标准,其标准有许多新增加的特点:
1、更高的压缩比
H.264能以较低的数据速率传送基于联网协议(IP)的视频流,在视频质量、压缩效率等方面,超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x 视频通讯标准,更适合窄带传输。

能够比H.263节约50%左右的码率。

2、增强的差错恢复
H.264的码流结构网络适应性强,增加了差错恢复能力,能够很好地适应IP和无线网络的应用
3、视频编码的分层设计
视频编码层具有高效的视频内容表示功能;网络提取层将网络中所需要的数据进行打包和传送
4、高精度、多模式运动设计
支持1/4或1/8像素精度的运动矢量;多模式的灵活和细致的划分,大提高了运动估计的精确程度;多帧参考技术;
5、帧内预测功能
在空间域进行预测编码算法,以便取得更有效的压缩:
6、4×4块的整数变换
由于用二变换块的尺寸缩小,运动物体的划分更精确,这样,不但变换计算量比较小,而且在运动物体边缘处的衔接误疾差也大为减小:为了提高码率控制的能力,量化步长的变化的幅度控制在125%左右,而不是以不变的增幅变化。

为了强调彩色的逼真性,对色度系数采用了较小量化步长;
7、统一的VLC
为快速再同步而经过优化的,可以有效防止误码。

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浅谈视频会议中H.264编码标准的技术发展发布时间:2007.11.27 17:27 来源:赛迪网作者:史蓉数字视频技术广泛应用于通信、计算机、广播电视等领域,带来了会议电视、可视电话及数字电视、媒体存储等一系列应用,促使了许多视频编码标准的产生。

ITU-T 与ISO/IEC 是制定视频编码标准的两大组织,ITU-T 的标准包括H.261、H.262、H.263、H.264,主要应用于实时视频通信领域,如会议电视;MPEG 系列标准是由ISO/IEC制定的,主要应用于视频存储(DVD)、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。

两个组织也共同制定了一些标准,H.262 标准等同于MPEG-2 的视频编码标准,而目前最热门的H.264 标准则是MPEG-4 的第10 部分。

一、视频编码标准的发展1、H.261 视频编码标准H.261 是ITU-T 为在综合业务数字网(ISDN)上开展双向声像业务(可视电话、视频会议)而制定的,速率为64kb/s的整数倍。

H.261 只对CIF 和QCIF 两种图像格式进行处理,每帧图像分成图像层、宏块组(GOB)层、宏块(MB)层、块(Block)层来处理。

H.261 是最早的运动图像压缩标准,它详细制定了视频编码的各个部分,包括运动补偿的帧间预测、DCT 变换、量化、熵编码,以及与固定速率的信道相适配的速率控制等部分。

2、H.262 视频编码标准(又称MPEG-2)由MPEG-1 扩充而来,支持隔行扫描。

使用十分广泛,几乎用于所有的数字电视系统,适合标清和高清电视,适合各种媒体传输,包括卫星、有线、地面等,都能有效地传输。

3、H.263 视频编码标准H.263 是最早用于低码率视频编码的ITU-T 标准,是ITU-T 为低于64kb/s 的窄带通信信道制定的视频编码标准。

它是在H.261 基础上发展起来的,其标准输入图像格式可以是S-QCIF、QCIF、CIF、4CIF 或者16CIF 的彩色4∶2∶0 亚取样图像。

H.263 与H.261 相比采用了半象素的运动补偿,并增加了4 种有效的压缩编码模式。

随后出现的第二版(H.263+)及H.263++增加了许多选项,使其具有更广泛的适用性。

由于H.263的编码效率很高,H.263 Version 1只用H.261码率的一半就可以达到相同的重建图像质量,因此成为视频会议和可视电话应用的主角。

通过前后三个版本的更新,H.263的编码性能得到很大提高。

多个算法被最新标准H.264所沿用。

4、H.264 视频编码标准H.264 是由ISO/IEC 与ITU-T 组成的联合视频组(JVT)制定的新一代视频压缩编码标准。

1996 年制定H.263标准后,ITU-T 的视频编码专家组(VCEG)开始了两个方面的研究:一个是短期研究计划,在H.263 基础上增加选项(之后产生了H.263+与H.263++);另一个是长期研究计划,制定一种新标准以支持低码率的视频通信。

长期研究计划产生了H.26L 标准草案,其目标是研制出新的压缩标准,与以前的任何标准相比,效率要提高一倍,同时具有简单、直观的视频编码技术,网络友好的视频描述,适合交互和非交互式应用(广播、存储、流煤体)。

2001 年,ISO 的MPEG 组织认识到H.26L 潜在的优势,随后ISO 与ITU 开始组建包括来自ISO/IEC MPEG与ITU-T VCEG 的联合视频组(JVT),JVT 的主要任务就是将H.26L 草案发展为一个国际性标准。

于是,在ISO/IEC中该标准命名为AVC(Advanced Video Coding),作为MPEG-4 标准的第10 个选项;在ITU-T 中正式命名为H.264标准。

该标准在2003 年3 月正式获得批准。

二、各类视频编解码标准比较分析比较之前的标准H.261建议,H.263提高性能的技术包括:无限制运动补偿,8×8的帧间预测方块(于是每个宏块包含4个帧间预测方块所对应的4个运动矢量),重叠块运动补偿,变换域的直流及低频信号成份块间预测,基于语法的算术编码等。

还有一些应用较少的技术包括可交替使用的帧间VLC变长码模式,PB 帧,降低分辨率的编码方法。

H.263还允许使用多个过去帧作为参考帧。

其中H.263 Annex N只考虑差错适应力,每一帧使用同一个参考帧。

H.263 Annex U兼顾编码效率和差错适应力,在宏块层次上选择最佳运动补偿帧间预测的参考帧,每一个宏块使用同一个参考帧。

MPEG-2和MPEG-4是另外一个国际标准化组织—国际标准化组织IEO和国际电工委员会IEC的联合体JTC1属下的运动图像专家组MPEG (Moving Picture Experts Group)制定的视频信源编码国际标准。

其中MPEG-2标准编号ISO/IEC 13818,名称为“运动图像及其伴音的通用编码”;MPEG-4标准编号ISO/IEC 14496,名称为“音视频对象的编码”。

本来,VCEG制定的H.26x建议更多考虑实时视频传输应用,如视频会议及其简化形式—可视电话,而MPEG标准更多考虑满足视频存贮(DVD),广播视频(电视广播),流媒体传输(如通过Internet,数字用户线DSL以及无线信道的视频传输)的应用要求,但是自MPEG-2作为第一个通用视频编码标准(通用的意思就是标准内容考虑到并且适合于所有应用)出现以后,MPEG标准也提供了适合于会议电视和可视电话的工具集(称为Profile),从而具备了应用于会议电视和可视电话的条件。

在专门针对会议电视和可视电话应用的MPEG标准Profile中,第一版本的MPEG-4(称为MPEG-4 SP)在性能上与H.263+相当,内容相互借鉴,具体算法大同小异;第二版本的MPEG-4(称为MPEG-4 ASP)在加入1/4像素精度运动补偿后优于H.263+,但是因其运算量及实现复杂度较高(其1/4像素精度运动内插过程甚至在运算量及实现复杂度上高于H.264的1/4像素精度运动内插过程)未投入实际应用;MPEG-2则在性能上优于H.261而劣于H.263。

最新视频编码标准H.264比以前性能最好的标准H.263和MPEG-4提高编码效率约50%。

意味着H.264仅需H.263或MPEG-4一半的码率便可重建出相同质量的图像,采用H.264的多媒体系统在图像质量上大大优于现有系统,包括当前主流的基于H.263的会议电视系统。

H.264仍然沿用H.261奠定的运动补偿帧间预测结合分块正交变换的常规编码方法。

相对于现有标准,H.264的变化实际上是放松了施加在现有标准上的实现复杂度和运算量的限制,把现有常规算法发挥至极限,从而以巨大运算量为代价取得图像质量的提高。

其中H.264改善性能的内容包括:4×4整数变换—变换矩阵系数只有±1、±2取值,具有较小方块(意味着较少运算量)、整数变换、无乘法、16位运算位长的优点,避免了一向困扰视频编码的浮点IDCT失谐问题,同时增强运动模型对于复杂运动的适应力。

二次正交变换—为了改善大面积平坦图像区域的编码性能,H.264提供一种新的16×16帧内编码模式,对亮度信号执行二重变换:第一次变换是H.264的4×4变换;第二次变换是对16个4×4变换系数块的直流系数执行4×4 Hadamard变换,对色差信号也采用相似的处理,从而提高压缩性能7种运动补偿分块形状和精细到8x8的树状块分割方法—H.264提供16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4共7种方块,同时把16x16的宏块分成4个8×8亚宏块,同亚宏块同形状,而同16x16宏块内不同8x8亚宏块的方块形状可以不同,从而能够更精确地描述图像运动,获得更高编码效率1/4像素精度运动补偿和运动矢量—运动补偿和运动矢量达到更高精度,不仅使求得的图像帧间位移更精确,而且改善预测图像的低通滤波性质,获得更高的预测效率精细到8×8亚宏块层的多参考帧选择—H.264在8×8亚宏块层次上选择最佳预测的参考帧,增加了搜索到比前一帧最佳预测图像块更优的图像块的机会,提高帧间预测对于复杂图像内容的适应力空间域的帧内块间预测—为了弥补4×4变换在消除大面积图像区域相关性上不如8×8变换的缺陷,H.264在图像空间域利用编解码顺序前的相邻的4x4块的边界重建图像像素值对每个4x4方块进行低频成份的块间预测,帧内块间预测方式共9种。

对于16×16帧内编码模式也用类似的块间预测,预测方式有4种。

H.264的块间预测算法可以获得高于H.263 Annex I块间预测算法的编码效率,尤其对于P帧和B帧中出现机会不大的帧内编码宏块。

两种熵编码—针对会议电视和可视电话应用的H.264基线版本对除变换系数以外的语法元素采用通用变长编码UVLC(Universal Variable Length Coding),对变换系数采用基于文本的自适应变长编码CAVLC (Content-based Adaptive Variable Length Coding),其中UVLC优点是:①直接随码字构造规则无限扩充码字;②不需要符号与码字转换的查找表;③码字的结尾标志使译码简单;CAVLC属于高阶Markov链相关信源编码,使变换系数的run和level符号的码表能够自适应于各自的概率统计模型,从而获得高于UVLC 的编码效率去方块效应滤波—H.264的去方块滤波放置在环路内,能够自适应于图像波形和编码情况,执行适度平滑处理,做到:既有效去除方块效应,又保持图像的真实边缘和纹理细节,同时达到图像质量和运算量的良好折衷参数集—从媒体流中把与很多个Slice相关的共同信息抽出来,形成一个自包含的数据包,这种更高层的信息以独立于Slice流更可靠地、异步地传输,其中把一个视频码流序列中所有帧图像码流所共同的头信息提取出来,形成序列参数集,把一帧图像码流中所有slice码流所共同的头信息提取出来,形成图像参数集,参数集的好处在于灵活地传送更高层数据:①当改变参数集时(如更改图像尺寸),不需要在Slice 流中同步发送参数集,如果发送端和接收端同时拥有一系列的参数集,由每个Slice头的参数集id指示码字指示所采用的参数集;②通过应用层的设计可以使确定的两端之间永远也不发送任何参数集;③参数集的传输方式任意,可以独立于Slice流的传输,可以通过H.264外部方式传送,如能力交换或控制协议视频码流的封装格式—H.264标准本身提供一种视频码流的封装格式,称为网络提取层单元NAL (Network Abstraction Layer)Unit,经过NALU封装的视频码流数据既适合于包传输(如通过IP网的包交换传输)又适合于字节流传输(如通过PSTN网的电路交换传输)三、H.263与H.264的率失真性能比较图为:H.263与H.264的率失真性能比较图中测试结果显示,对于通常的逐行扫描的视频源,2003年4月的H.264(参考软件版本JM6)与1999年8月的H.263和早期的H.264(当时称为H.26L,相应参考软件版本TML-1)比较,在相同码率下解码重建图像质量提高2~3dB,或者当重建图像质量相同时码率下降40%~60%。

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