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下一代壓縮視頻標(biāo)準(zhǔn)性能及其技術(shù)特征( 二 )

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對熵編碼部分，對于要傳輸?shù)牧炕儞Q系數(shù)，當(dāng)使用基于上下文的變長編碼(CAVLC)時，根據(jù)前面已編碼傳輸?shù)牧炕儞Q系數(shù)值的大小來選擇接下來系數(shù)編碼要使用的變長編碼表 。由于變長編碼表的設(shè)計是基于相應(yīng)的統(tǒng)計條件，所以其性能要優(yōu)于使用單一變長編碼表 。對其它數(shù)據(jù)如頭信息等，使用一種單一的變長編碼表(EXP-Golomb Code) 。
新標(biāo)準(zhǔn)仍然使用基于塊的猜測及重構(gòu)方式，為了去除由此產(chǎn)生的影響圖像主觀質(zhì)量的方塊效應(yīng)，H.264使用了去塊效應(yīng)濾波器 。其主要思想是當(dāng)塊邊界上兩邊差較小時，就使用濾波器使差別“平滑”掉；若邊界上圖像特征明顯，就不使用濾波 。這樣既是為了減弱“塊效應(yīng)”的影響，又避免了濾掉圖像的客觀特征，同時在相同主觀質(zhì)量下使得比特率減少5~10% 。
對于圖像數(shù)據(jù)的組織及傳輸，在H.264標(biāo)準(zhǔn)中的圖像宏塊能夠以靈活的宏塊組織順序(FMO)劃分為多個Slice Group；Slice之間相互獨立，可以任意的順序傳輸?shù)浇獯a端(ASO) 。在比特流中Slice可以使用重復(fù)的方式(RS)傳輸，在Slice數(shù)據(jù)出錯的情況下可用來進行恢復(fù)，增強了圖像傳輸?shù)聂敯粜?。同時Slice間的相互獨立性抑制了錯誤的空間傳播，提高了比特流的容錯性 。
2. Main Profile的技術(shù)特征
Main Profile包含Baseline Profile的所有算法并具有額外的技術(shù)特征，但它并不支持FMO、ASO及RS等技術(shù)，只支持對I、P、B Slice的處理操作 。
在此框架內(nèi)提出了適配塊劃分尺寸的變換(ABT)這一概念 。此概念是針對幀間編碼的，其主要思想是將對猜測參差進行變換編碼的塊尺寸與用來進行運動補償?shù)膲K尺寸聯(lián)系起來 。這樣就盡可能地利用最大的信號長度進行變換編碼 。但是，由于復(fù)雜度的原因，進行變換的最大塊尺寸被限制在8×8以下 。


對熵編碼部分，為更高效地進行編碼，這里使用了基于上下文的算術(shù)編碼(CABAC)，使熵編碼的性能進一步提高 。與CAVLC相比較，在相同圖像質(zhì)量下，編碼電視信號使用CABAC將會使比特率減少10~15% 。
另外，Main Profile不支持多個Slice Group的劃分 。
3. 相關(guān)的編碼問題
如何對已提出的猜測模式進行選擇(Mode Decision)和使用運動估計策略(ME)歷來都是視頻編碼實現(xiàn)的重點研究課題 。在H.263標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)軟件中，對模式的選擇是簡單的基于對閥值的比較 。在新標(biāo)準(zhǔn)的測試軟件中使用了拉格朗日率失真優(yōu)化策略，它基于使用每種圖像塊尺寸和每種猜測模式而產(chǎn)生的參差及其傳輸?shù)拇a率 。這樣，模式選擇可以取得優(yōu)化的率失真性能，但這是以提高運算復(fù)雜度為代價的 。此優(yōu)化操作是對下面拉格朗日函數(shù)的最小化：
J＝SATD λ·R
式中，R—對應(yīng)傳輸各部分的比特率；λ—優(yōu)化參數(shù)(與量化參數(shù)有很強的相關(guān)性)；SATD—經(jīng)過哈德曼變換的4×4塊的猜測參差絕對值總和 。
對于所有幀內(nèi)、幀間宏塊編碼模式及多參考幀的選擇都通過對拉格朗日函數(shù)的最小化來實現(xiàn) 。通常，視頻標(biāo)準(zhǔn)只包括解碼規(guī)范，而模式選擇的技術(shù)研究是屬于編碼端的范疇，所以不列在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi) 。
二 H.264與其它標(biāo)準(zhǔn)的性能比較
為了闡述H.264的編碼效率，我們將其與其它標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-2、H.263、MPEG-4等作比較 。使用QCIF、CIF格式的圖像序列作測試，所有編碼器都使用拉格朗日優(yōu)化技術(shù) 。我們使用H.264的測試軟件JM2.0并使用了Main Profile的主要技術(shù)特征 。對H.263和H.264采用的參考幀數(shù)為5，只編碼圖像序列的第一幀為I幀，每2個參考幀P之間插入2個非參考幀B 。使用全搜索方式進行32×32整數(shù)范圍的運動估計，且由預(yù)先設(shè)定的量化參數(shù)來進行比特率的調(diào)整 。圖為對CIF格式的圖像序列Tempete在幀率為15Hz時所作的測試比較 。

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