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下一代壓縮視頻標(biāo)準(zhǔn)性能及其技術(shù)特征

云知道

【下一代壓縮視頻標(biāo)準(zhǔn)性能及其技術(shù)特征】
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隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，市場對(duì)高性能視頻業(yè)務(wù)的需求不斷膨脹，原有的壓縮視頻標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能夠滿足要求，新的壓縮視頻技術(shù)將擁有廣闊的市場空間 。H.264/AVC是目前由ITU-T的視頻編碼專家組(VCEG)及ISO/IEC的活動(dòng)圖像專家組(MPEG)大力發(fā)展研究的、適應(yīng)于低碼率傳輸?shù)男乱淮鷫嚎s視頻標(biāo)準(zhǔn) 。2003年3月由兩個(gè)專家組組成的聯(lián)合視頻專家組(JVT)公布了這一壓縮視頻標(biāo)準(zhǔn)的最終草案，此標(biāo)準(zhǔn)被稱為ITU-T的H.264協(xié)議或ISO/IEC的MPEG-4的高級(jí)視頻編碼部分 ?；趨f(xié)議內(nèi)容及仿真結(jié)果，本文對(duì)此協(xié)議的主要技術(shù)特征、基本算法進(jìn)行了分析并給出了相關(guān)部分的性能對(duì)比 。
一 H.264的主要技術(shù)特征分析
H.264的編解碼框架與以前提出的標(biāo)準(zhǔn)，如H.261、H.263及MPEG-1/2/4并無顯著變化，也是基于混合編碼的方案：以運(yùn)動(dòng)矢量代表圖像序列各幀的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容，使用前面已解碼幀對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償或使用幀內(nèi)猜測(cè)技術(shù)，所得的圖像參差值要經(jīng)過變換、量化、熵編碼等部分的處理 。所以，新標(biāo)準(zhǔn)的性能提升在于各個(gè)部分的技術(shù)方案的改進(jìn)及新算法的應(yīng)用 。
新標(biāo)準(zhǔn)在提高圖像傳輸?shù)娜蒎e(cuò)性方面做了大量工作，重新定義了適于圖像的結(jié)構(gòu)劃分 。在編碼時(shí)，圖像幀各部分被劃分到多個(gè)Slice結(jié)構(gòu)中去，每個(gè)Slice都可以被獨(dú)立解碼，不受其它部分的影響 。Slice由圖像最基本的結(jié)構(gòu)—宏塊組成，每個(gè)宏塊包含一個(gè)16×16的亮度塊和兩個(gè)8×8的色度塊 。
為進(jìn)一步提高魯棒性，整個(gè)系統(tǒng)被劃分為視頻編碼層和網(wǎng)絡(luò)抽象層 。視頻編碼層主要描述要傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)所承載的視頻內(nèi)容 。而網(wǎng)絡(luò)抽象層則是考慮不同的應(yīng)用，如視頻會(huì)議通信、H.32X連續(xù)包的視頻傳輸或RTP/UDP/IP的通信 。
H.264標(biāo)準(zhǔn)分成三個(gè)框架(Profile)：Baseline、Main Profile及X Profile，代表針對(duì)不同應(yīng)用的算法集及技術(shù)限定 。Baseline主要包含低復(fù)雜度、低延時(shí)的技術(shù)特征，主要針對(duì)交互式的應(yīng)用，考慮到惡劣環(huán)境下的容錯(cuò)性，內(nèi)容基本都被其它更高級(jí)別的Profile所包含；Main Profile是針對(duì)更高編碼效率的應(yīng)用，如視頻廣播；X Profile 的設(shè)計(jì)主要針對(duì)流媒體的應(yīng)用，在這一框架中所有容錯(cuò)技術(shù)、對(duì)比特流的靈活訪問及切換技術(shù)都將包括其中 。
1. Baseline的解碼器只對(duì)I Slice及P Slice進(jìn)行操作
對(duì)于幀間猜測(cè)，相比以前的標(biāo)準(zhǔn)，為了更精確地對(duì)圖像的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容進(jìn)行猜測(cè)補(bǔ)償，新標(biāo)準(zhǔn)答應(yīng)宏塊更進(jìn)一步劃分為16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4的子塊；運(yùn)動(dòng)估計(jì)精確到經(jīng)由6-tap濾波器得到的1/4象素位置；運(yùn)動(dòng)矢量由相鄰塊猜測(cè)得到，其猜測(cè)的差值被編碼傳輸 。H.264支持多參考幀的猜測(cè)，規(guī)定運(yùn)動(dòng)估計(jì)使用的參考幀數(shù)最多可達(dá)15幀，多參考幀的使用大大提高了對(duì)圖像傳輸?shù)娜蒎e(cuò)性，抑制了錯(cuò)誤在空間和時(shí)間上的蔓延 。
對(duì)于所有的Slice編碼類型，H.264支持兩類幀內(nèi)編碼：4×4與16×16編碼模式 。對(duì)于4×4模式，每一個(gè)亮度4×4塊有8種不同方向上的猜測(cè)模式及DC猜測(cè)模式；對(duì)于16×16模式，每個(gè)16×16亮度塊有4種幀內(nèi)猜測(cè)模式 。而對(duì)于宏塊的8×8色度采樣，采用與亮度16×16幾乎相同的猜測(cè)模式 。為了保證Slice的編碼獨(dú)立性，幀內(nèi)猜測(cè)是不答應(yīng)跨越Slice邊界的 。
對(duì)于變換、量化部分，不同于以前標(biāo)準(zhǔn)對(duì)猜測(cè)參差值的變換編碼使用DCT變換，H.264使用了簡單的整數(shù)變換 。這種變換與DCT相比，壓縮性能幾乎相同且有許多優(yōu)勢(shì)，其核心變換的計(jì)算只使用加減、移位運(yùn)算，避免了精度的損失 。對(duì)變換參差系數(shù)的量化使用了52級(jí)步長的量化器，而H.263標(biāo)準(zhǔn)只有31級(jí) 。量化步長以12.5%遞增，量化步長范圍的擴(kuò)大使得編碼器能夠更靈活、精確地進(jìn)行控制，在比特率和圖像質(zhì)量之間達(dá)到折中 。

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