H.264AVC中的SPSI帧技术
H264编解码协议详解
H264编解码协议详解H.264编解码协议，也被称为AVC（Advanced Video Coding），是一种广泛应用于视频压缩的标准。
它是一种基于帧的压缩算法，可以将高质量的视频数据以较低的比特率传输和存储。
以下是H.264编解码协议的详细解释：1.压缩结构H.264使用了多种技术来实现高效率的视频压缩。
它使用了预测编码、变换编码和熵编码等多种技术。
预测编码通过利用帧间和帧内的冗余性，对视频进行空间和时间上的预测。
变换编码则通过对预测误差进行离散余弦变换（DCT），在频域上进行编码。
最后，熵编码使用了熵编码表将变换后的数据进行进一步的压缩。
2.帧结构H264将视频数据划分为一系列的帧，每个帧包含了许多宏块（macroblock）。
其中，关键帧（I帧）是完全独立的帧，它包含了视频的全局信息。
预测帧（P帧）和双向预测帧（B帧）则通过对前一帧和前后一帧进行预测来进行编码。
P帧只依赖前一帧，而B帧则依赖前后两帧。
这种结构可以进一步提高视频压缩的效率。
3.量化参数H.264使用量化参数对预测误差进行编码。
量化参数决定了每个预测误差值的精度，较大的量化参数会导致更高的压缩率，但也会导致较大的失真。
编码器和解码器可以通过动态调整量化参数来平衡压缩率和失真。
4.帧间预测帧间预测是H.264压缩的核心技术之一、它通过对前后帧的像素进行比较，预测当前帧的像素值。
如果在帧间没有大的运动，那么预测误差就会较小，从而达到更好的压缩效果。
帧间预测有多种模式，包括帧间直接模式（inter-direct mode）、帧间双向模式（inter-bidirect mode）和帧间skip模式（inter-skip mode）等。
5.熵编码H.264使用了基于上下文的自适应变长编码（CAVLC）和基于上下文的自适应二进制算术编码（CABAC）两种熵编码技术。
CAVLC主要用于编码量化系数和运动矢量等数据，而CABAC主要用于编码预测模式和其他语法元素。
率失真理论及经典的码率控制算法
率失真理论及经典的码率控制算法一、视频编码的率失真思想率失真理论研究的是限失真编码问题：能使限失真条件下比特数最小的编码为最佳编码。
设信源为},...,,{21m m a a a A =，经过编码后，信宿为},...,,{21n n b b b B =，定义信源、信宿概率空间分别为)}(),...,(),({Q )}(),...,(),({2121n m b Q b Q b Q a P a P a P P 、。
定义平均失真函数)(Q D 如下： ∑∑∑∑======m j j k j nk k j m j k j n k k j a b Q a P b a d b a P b a d Q D 1111)|()(),(),(),()(其中，),(k j b a d 为失真度，度量准则可是均方误差MSE 、绝对差分和SAD 或差分平方和SSD 等。
若信源概率分布)(j a P 已知，则平均失真仅仅取决于条件概率)|(j k a b Q ，从而必然存在这样一个条件概率)|(j k a b Q 使得D Q D ≤)(，即：))((D Q D Q Q D ≤=即D Q 为保证平均失真)(Q D 在允许范围D 内的条件概率集合。
进一步，定义),(Y X I 为接收端获取的平均信息量：)()|(log)|()(),(1k j k m j j k j b Q a b Q a b Q a P Y X I ∑==同样，在给定的)(j a P 前提下，),(Y X I 的大小也只取决于。
现在率失真函数)(D R 定义为在D Q 范围内寻找最起码的信息量，即：),()(min Y X I D R DQ Q ∈=该公式的含义：在允许的失真度为D 的条件下，信源编码给出的平均信息量的下界，也就是数据压缩的极限数码率。
当数码率R 小于率失真函数)(D R 时，无论采用什么编码方式，其平均失真必大于D 。
视频压缩是典型的限失真编码，率失真理论同样适应于视频编码。
数字视频压缩技术H264详解
数字视频压缩技术H264详解一个基于分组方式的接口，打包和相应的信令属于NAL的一部分。
这样，高编码效率和网络友好性的任务分别由VCL和NAL来完成。
VCL层包括基于块的运动补偿混合编码和一些新特性。
与前面的视频编码标准一样，H.264没有把前处理和后处理等功能包括在草案中，这样可以增加标准的灵活性。
NAL负责使用下层网络的分段格式来封装数据，包括组帧、逻辑信道的信令、定时信息的利用或序列结束信号等。
例如，NAL支持视频在电路交换信道上的传输格式，支持视频在Internet上利用RTP/UDP/IP传输的格式。
NAL包括自己的头部信息、段结构信息和实际载荷信息，即上层的VCL数据。
（如果采用数据分割技术，数据可能由几个部分组成）。
（2）高精度、多模式运动估计H.264支持1/4或1/8像素精度的运动矢量。
在1/4像素精度时可使用6抽头滤波器来减少高频噪声，对于1/8像素精度的运动矢量，可使用更为复杂的8抽头的滤波器。
在进行运动估计时，编码器还可选择“增强”内插滤波器来提高预测的效果。
在H.264的运动预测中，一个宏块（MB）可以按图2被分为不同的子块，形成7种不同模式的块尺寸。
这种多模式的灵活和细致的划分，更切合图像中实际运动物体的形状，大大提高了运动估计的精确程度。
在这种方式下，在每个宏块中可以包含有1、2、4、8或16个运动矢量。
在H.264中，允许编码器使用多于一帧的先前帧用于运动估计，这就是所谓的多帧参考技术。
例如2帧或3帧刚刚编码好的参考帧，编码器将选择对每个目标宏块能给出更好的预测帧，并为每一宏块指示是哪一帧被用于预测。
（3）4某4块的整数变换H.264与先前的标准相似，对残差采用基于块的变换编码，但变换是整数操作而不是实数运算，其过程和DCT基本相似。
这种方法的优点在于：在编码器中和解码器中允许精度相同的变换和反变换，便于使用简单的定点运算方式。
也就是说，这里没有“反变换误差”。
变换的单位是4某4块，而不是以往常用的8某8块。
视频编码标准
视频编码标准H.264/AVCH.264/AVC 是ITU-T VCEG 和ISO/IEC MPEG 共同开发的视频处理标准，ITU-T作为标准建议H.264，ISO/IEC作为国际标准14496-10（MPEG-4 第10部分）高级视频编码（AVC）。
MPEG-2视频编码标准（又称为ITU-T H.262[2]）已有10年的历史了，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。
然而，类似xDSL、UMTS（通用移动系统）技术只能提供较小的传输速率，甚至DVB-T，也没有足够的频段可用，提供的节目很有限，随着高清电视的引入，迫切需要高压缩比技术的出现。
应用于电信的视频编码经历了ITUT H.261、H.262（MPEG-2）、H.263、H.263+、H.263++，提供的服务从ISDN和T1/E1到PSTN、移动无线网和LAN/INTERNET网。
最近MPEG-4 第二部分进入了实用领域，提供了视频形状编码，目标是与MPEG-2一样获得广泛的数字电视应用。
1998年，视频编码专家组（VCEG-ITU-T SG16 Q.6）启动了H.26L工程，旨在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12月，VCEG和运动图像专家组（MPEG-ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11）组成了联合视频组（JVT，Joint Video Team），研究新的编码标准H.264/AVC，该标准于2003年3月正式获得批准。
视频的各种应用必须通过各种网络传送，这要求一个好的视频方案能处理各种应用和网络接口。
H.2 64/AVC为了解决这个问题，提供了很多灵活性和客户化特性。
h.264标准简介
H.264标准简介H.264/MPEG-4 A VCH.264，或称MPEG-4第十部分，是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。
ITU-T的H.264标准和ISO/IEC MPEG-4第10部分（正式名称是ISO/IEC 14496-10）在编解码技术上是相同的，这种编解码技术也被称为A VC，即高级视频编码（Advanced Video Coding）。
该标准第一版的最终草案已于2003年5月完成。
H.264是ITU-T以H.26x系列为名称命名的标准之一，同时A VC是ISO/IEC MPEG一方的称呼。
这个标准通常被称之为H.264/A VC（或者A VC/H.264或者H.264/MPEG-4 A VC或MPEG-4/H.264 A VC）而明确的说明它两方面的开发者。
该标准最早来自于ITU-T的称之为H.26L的项目的开发。
H.26L这个名称虽然不太常见，但是一直被使用着。
有时候该标准也被称之为“JVT 编解码器”，这是由于该标准是由JVT组织并开发的（作为两个机构合作开发同一个标准的事情并非空前，之前的视频编码标准MPEG-2也是由MPEG 和ITU-T两方合作开发的，因此MPEG-2在ITU-T的命名规范中被称之为H.262）。
H.264/A VC项目最初的目标是希望新的编解码器能够在比相对以前的视频标准（比如MPEG-2或者H.263）低很多的位元率下（比如说，一半或者更少）提供很好的视频质量；同时，并不增加很多复杂的编码工具，使得硬件难以实现。
另外一个目标是可适应性，即该编解码器能够在一个很广的范围内使用（比如说，即包含高码率也包含低码率，以及不同的视频分辨率），并且能在各种网络和系统上（比如组播、DVD存储、RTP/IP包网络、ITU-T 多媒体电话系统）工作。
H.264视频压缩标准
2.
H.264的发展
H.264是ITU-T 的视频编码专家组 （VCEG） 和ISO/IEC 运动图像专家组 （MPEG） 联合制定的新一代视频压缩 标准。 ITU-T是一个代表国际电信联盟协调制定电信标准的部门。 ISO 是指国际标准化组织。 IEC是指国际 电气和相关技术的标准。 H.264是ITU-T所使用的名称， 而ISO/IEC 将其命 电工委员会， 负责制定所有电子、 名为MPEG-4 Part 10/AVC， 因为它代表的是MPEG-4系列标准中的一个新标准。 MPEG-4系列标准包括了 MPEG-4 Part 2等标准， MPEG-4 Part 2是一个应用于基于IP的视频编码器和网络摄像机的标准。 为了解决先前视频压缩标准中存在的不足， H.264的目标是支持： > 高效压缩， 在某一特定的视频质量下， 与采用任何其它视频标准相比， 可以使比特率平均降低 50%。 > 更强大的容错能力， 能够纠正各种网络的传输错误 > 低时延功能， 并能够在更高时延的情况下提供更高质量的图像 > 通过简单的句法规范简化实施 > 精确匹配解码， 严格规定了编码器和解码器如何进行数值计算， 以避免错误累积 此外， H.264 还能够灵活地支持有着不同比特率要求的各种监控应用。 例如， 在娱乐视频应用 （包括广 中， H.264 能够以高时延实现1-10Mbit/ 秒的性能。 而对于电信服务来 播、 卫星电视、 有线电视和 DVD） 说， H.264能够以低时延实现低于1Mbit/ 秒的比特率。
4
4.
H.264类别和等级
参与制定H.264 标准的联合组织致力于创建一个简单明了的解决方案， 最大限度地限制选项和特性的数 量。 和其它视频标准一样， H.264 标准的一个重要方面是通过类别 （算法特性集） 和等级 （性能等级） 中 提供的功能， 以最佳的方式支持常见应用和通用格式。 H.264 有7个类别， 每个类别都针对某一类特定的应用。 此外， 每个类别都定义了编码器能够使用哪些特 性集， 并限制了解码器在实施方面的复杂性。 网络摄像机和视频编码器最有可能使用的是基准类别， 此类别主要针对计算资源有限的应用。 对于嵌入 在网络视频产品中的实时编码器来说， 在特定的可用性能下， 基准类别最为适用。 此类别能够实现低延 时， 这对监控视频来说是一个很重要的要求， 而且对于支持 PTZ 网络摄像机实现实时的平移 / 倾斜 / 缩放 (PTZ) 控制来说尤为重要。 H.264分为11个功能等级， 对性能、 带宽和内存需求进行了限制。 每个等级都规定了从QCIF 到HDTV 等各种 分辨率所对应的比特率和编码速率 （每秒宏块数） 。 分辨率越高， 要求的等级就越高。
基于H.264／AVC视频安全级别可分的加密方案
（ Ｐ Ｐ Ｓ ） ａ ｎ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｍｅ ａ ｓ ．Ｆ ｏ ｒ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｄ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｓ ， ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｃ ｒ ｏ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｍ ａ ｃ ｒ ｏ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ａ ｙ ｅ ｓ ｅ —
Ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ Ｄｉ ￣ｓ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｃ ｒ ｙ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓｃ ｈ ｅ ｍｅ ｆ ｏ ｒ Ｈ． ２ ６４ ／ＡＶＣ Ｖｉ ｄｅ ｏ
ＣＨＥＮ Ｚ ｈ ｉ ｙ ｕ， Ｓ ＯＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ ｘ ｉ ｎ
（ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｉ ａｇ ｍ ｅ Ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌ ａ ｂ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｓ ＆Ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） 【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｅ ａ ｓ ｙ ｔ ｏ ｃ ｏ ｐ ｙ ， ｅ ｓ ａ ｙ ｔ ｏ ｔ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ， ａ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｅ ｎ ｃ ｒ ｙ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈ． ２ ￣／ Ａ Ｖ Ｃ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｃ ｏ ｄ —
sps和pps的简单理解记录
sps和pps的简单理解记录
最近博客写出了⽇记的既视感。
使⽤RTP传输H264的时候,需要⽤到sdp协议描述,其中有两项:Sequence Parameter Sets (SPS) 和Picture Parameter Set (PPS)需要⽤到,那么这两项从哪⾥获取呢?
答案是从H264码流中获取.在H264码流中,都是以"0x00 0x00 0x01"或者"0x00 0x00 0x00 0x01"为开始码的,找到开始码之后,使⽤开始码之后的第⼀个字节的低5位判断是否为7(sps)或者8(pps), 及data[4] & 0x1f == 7 || data[4] & 0x1f == 8.然后对获取的nal去掉开始码之后进⾏base64编码,得到的信息就可以⽤于sdp.sps和pps需要⽤逗号分隔开来.
SPS 对于H264⽽⾔，就是编码后的第⼀帧，如果是读取的H264⽂件，就是第⼀个帧界定符和第⼆个帧界定符之间的数据的长度是4
PPS 就是编码后的第⼆帧，如果是读取的H264⽂件，就是第⼆帧界定符和第三帧界定符中间的数据长度不固定。
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%E99&#_%9EN$%L9EM&#
然 后 把 得 到 的 预 测 误 差 系 数 %E99&# 进 行 无 损 的 熵 编 码 % 在解码器端 & 解码器生成 7#)E &6 # 后 & 对 7#)E &6 # 进 行 变 换 ( 量 化 & 即 可 得 到 %L9EM&#& 其 值 与 编 码 器 端 的 值相同 % %L9EM&# 与接收到的预测误差系数 %E99&#) 其值与
+@N:O9E $
[!\ [#\ []\
为 切 换 预 测 帧 & 称 *- "*P@:NJ@AB - +@NU
:O9E $[!\[(\为切换起始帧 % *+ 帧编码的基本原理类似于 + 帧 & 仍然是基于
帧间预测的运动补偿预测 编 码 & 但 它 能 够 在 使 用 不 同参考帧的情况下重构相同的图像帧 % 利用这一特 性可以实现码流的随机切换功 能 & 即 *+ 帧 可 以 在 流 间 切 换 "^@:K:9E8S *P@:NJ@AB $( 拼 接 "*LF@N@AB $( 随 机 接 入 "D8AMQS ;NNEKK $(* 快 进 , 快 退 + 和 错 误 恢 复 等应用中取代 - 帧 % 与 *+ 帧相对应 &*- 帧利用了帧 内预测编码技术 & 其重建 图 像 和 对 应 的 采 用 运 动 补 偿预测的 *+ 帧的重建图像相同 %
帧 )*ENQAM89G *+$Y98SE #& 前 者 的 参 考 帧 和 当 前 编 码帧在同一个码流中 & 而后者则不在同一个码流 % 下面以一个例子来说 明 *+ 帧 可 实 现 的 功 能 原 理 % *- 帧与 *+ 帧在功能实现上相类似 & 都能恢复出 相同的解码图像帧 & 只是 前 者 利 用 的 是 帧 间 预 测 & 而后者利用的则是帧内预测 % 首先对以下用到的符号进行说明 !7 )E &6 #&F" )E &
5
+, 1 +2 帧的应用
凡是会经常出现 图 像 信 号 流 切 换 的 地 方 " 都 需
要 +, 1 +2 帧技术 " 例如它可以解决视频流应用中终 端用户可用带宽不断变化 的 问 题 " 以 及 不 同 内 容 节 目拼接时数据量的激增和 错 误 恢 复 问 题 等 " 实 际 上 这也是提出 +, 1 +2 帧的原因 #
#&( & 也 称 作 -*2 , -34 5+36 7( , +89:!" 7;<4 [!\% 01 #&( , ;<4 新增了一系列新的技术 & 以适应视频数据
在 各 种 传 输 媒 体 中 的 应 用 &*+ , *- 帧 技 术 即 是 其 中 之 一 % 由 于 尚 无 标 准 词 & 权 且 称 *+ "*P@:NJ@AB +
#-#-#
主 +, 帧的解码 图 # 是文献 .34 中定义的主 +, 帧非帧 内 块 的 解
码方框图 # 获得预测块 & &$ "% ! 后进行正变换 " 变换 后得到的系数记为 +%"!&# 将编码端输 出 的 已 经 量 化 的 预 测 误 差 系 数 !!"" 采 用 量 化 参 数 &)& 进 行 反 量 化 " 得到的系数记为 *!""# *!"" 与 +%"!& 的和记为 +"!(# 重 建系数 +"!( 采用量化参数 -&)& 进行量化和反量化 " 并对反量化后获得的 *"!( 进行反变换和滤波即得 重 建图像 #
*+ & *- 帧编码原理 *+ 帧分为主 *+ 帧 )+9@S89G *+$Y98SE # 和辅 *+
服务日益流行 & 对视频流 的 带 宽 自 适 应 性 提 出 了 要 求 & 同时 & 由于网络的复杂性越 来 越 高 & 要 求 传 输 码 流 具 有 强 的 抗 误 码 性 能 &以 适 应 噪 声 干 扰 大 (丢 包 率高的信道传输要求 % 为 此 & 通 过 汲 取 近 年 来 图 像 压缩编码研究取得的最新 成 果 & 由 运 动 图 像 专 家 组 )5+36 $ 与 视 频 编 码 专 家 组 "<436 $ 组 成 的 联 合 视 频工作组 "Z<. $ 制定了新一代图像压缩标准 -./ 0=
’"(
流间切换 在预先压缩视频 节 目 的 应 用 中 " 实 现 带 宽 自 适
应的最好方法 " 是设置多 组 不 同 的 信 源 编 码 参 数 对 同一视频序列分别进行压 缩 " 从 而 生 成 适 应 不 同 带 宽 ’ 具有不同质量的多个相互独立的码流 # 这样 " 服 务器就可以在不同的码流间切换以适应网络有效 带宽的不断变化 # 设 6,*". 7*",*".",*"./*8 和 6,#". )*",#".",#"./*8 分 别 是 对 同一段视频序列采用了不同的信源编码参数压缩 所得到的两个码流 # 由于 压 缩 参 数 不 同 " 两 个 码 流 中 同 一 时 刻 的 帧 " 例 如 ,*".)* 和 ,#".)*" 是 不 完 全 一 样 的 # 假设服务器开始时发送比特流 * " 到时刻 . 开始 发送比特流 # " 此时解码器收到的序列为 6,*".)#",*".)*"
编 码 器 端 所 得 完 全 相 同 ! 相 加 " 所 得 和 为 !!"""#$!%"!&"#’
!"!()!%"!&"#$!%"!&"#’!"!(# 对 !"!( 进行反量化 $量化参数不变 !
和反变换 " 就得到了重建图像 "#$$ "% !" 其与以 &*$$ "
%! 作为预测帧的主 +, 帧所重建的图像完全相同 % !"! #-#-* #$ % #& 帧编解码的方框图
*+ , -+ /0123 43567898:;3< ;7 !=>$% & ’()
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6 # 形式的符号用于图像域 &%9EN&%E99&# 形式的符号用于
变换域 % 设以 7!)E &6 # 作为预测帧时主 *+ 帧的重建图像 为 F" )E &6 #&F" )E &6 # 由 重 建 系 数 %9EN 做 反 量 化 和 反 变 换得到 % 假设另一预测帧为 7#)E &6 #&与 数 字 视 频 数字 电视 字电 视与 与数 数字 字视 视频 频
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