H_264的视频编码技术解析
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1 视频压缩技术有:MPEG-4、H263、H263+、H264等
MPEG-4视频编码技术介绍
MPEG是“Moving Picture Experts Group”的简称,在它之前的标准叫做JPEG,即“Joint
Photographic Experts Group”。当人们用到常见的“.jpg”格式时,实际上正在使用JPEG的标准。JPEG规范了现代视频压缩的基础,而MPEG把JPEG标准扩展到了运动图象。 MPEG-4视频编码标准支持MPEG-1、MPEG-2中的大多数功能,它包含了H.263的核心设计,并增加了优先特性和各种各样创造性的新特性。它提供不同的视频标准源格式、码率、帧频下矩形图像的有效编码,同时也支持基于内容的图像编码。采纳了基于对象(Object-Based)的编码、基于模型(Model-based)的编码等第二代编码技术是MPEG-4标准的主要特征。
MPEG4与MPEG1、MPEG2的比较
MPEG 系列标准的基本参数
标准 幅面 帧率 带宽 应用领域
MPEG-1 352x24 或
320x240 24-30 fps 1.5 Mbps Video CD, CD-ROM
MPEG-2 720x24 或
640x480 24-30 fps 4-8 Mbps DTV,HDTV,DVD-Video
MPEG-4 34x48 ~
4096x4096 1-30+fps 10Kbps~10Mbps 互联网及无线传输,交互式电视
从上表可以看出,MPEG1和MPEG2主要应用于固定媒体,比如 VCD 和 DVD ,而对于网络传输,MPEG4具有无可比拟的优势。
H.263/H.263+/H.264视频编码技术介绍
H.263视频编码标准
1. H.263 是最早用于低码率视频编码的ITU-T标准,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。H.263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。
引言 在已有的基于块的视频编解码系统中,当码率较低时都存在方块效应,新的视频编
码标准H.264中亦是如此。产生这种方块效应的主要原因有两个:一是由于对变换后的残差
系数进行的基于块的整数变换后,以大的量化步长对变换系数进行量化会使得解码后的重建
图像的方块边缘出现不连续;二是在运动补偿中插值运算引起的误差使得编解码器反变换后
的重建图像会出现方块效应。如果不进行处理,方块效应还会随着重构帧积累下去,从而严
重地影响图像的质量和压缩效率。为了解决这一问题,H.264中的去方块滤波技术采用较为
复杂的自适应滤波器来有效地去除这种方块效应。因此,如何在实时视频解码中优化去方块
滤波算法,降低计算复杂度,提高重建图像质量,就成了H.264解码的一个关键问题。
1 H.264的去方块滤波
1.1 滤波原理
大的量化步长会造成相对较大的量化误差,这就可能将原来相邻块“接壤”处像素间灰
度的连续化变成了“台阶”变化,主观上就有”伪边缘”的方块效应。去方块效应的方法就
是在保持图像总能量不变的条件下,把这些台阶状的阶跃灰度变化重新复原成台阶很小或者
近似连续的灰度变化,同时还必须尽量减少对真实图像边缘的损伤。
1.2 自适应滤波过程
在H.264中,去方块滤波器是按照16×16像素的宏块为单位顺序进行的,在宏块中按照
每个4×4子块之间的边缘以先垂直后水平的顺序进行,从而对整个重建图像中的所有边缘
(图像边缘除外)进行滤波。具体的边缘示意图如图1所示。对于16×16像素的亮度宏块,共
有4条垂直边缘,4条水平边缘,每条边缘又分为16条像素边缘。而对应8×8像素的色度宏块
有垂直边缘和水平边缘各2条,每条边缘分为8条像素边缘。像素边缘是进行滤波的基本单元。
1.2.1 滤波器在两个层次上的自适应性
H.264中的去方块滤波所以有较好的滤波效果,是由于它在以下两个层次上的自适应性。
1) 滤波器在4×4子块级别的自适应性
滤波是基于各个子块中的像素边缘进行的,通过对每一条像素边缘定义一个参数BS(边
H.264标准简介
H.264/MPEG-4 AVC
H.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AVC,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AVC是ISO/IEC MPEG一方的称呼。这个标准通常被称之为H.264/AVC(或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4 AVC或MPEG-4/H.264 AVC)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/AVC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。
AVS和H.264的区别及详细介绍说明
AVS是数字音视频编解码技术标准的英文简称,是我国牵头制定的第二代数字音视频信源标准,具有自主知识产权,在今年被批准为国家标准,并与3月1日正式实施。它的编码效率与竞争性国际标准MPEG-4/H.264相当,代表了国际先进水平,广泛应用于广播、通信、电视、娱乐等各个领域。破AVS标准为我国构建“技术→专利→标准→芯片与软件→整机与系统制造→数字媒体运营与文化产业”的产业链条提供了难得的机遇。
国际上音视频编解码标准主要两大系列:ISOIECJTC1制定的MPEG系列标准;ITU针对多媒体通制定的H.26x系列视频编码标准和G.7系列音频编码标准。1994年由MPEG和ITU合作制定的MPEG-2是第一代音视频编解码标准的代表,也是目前国际上最为通行的音视频标准。
经过十年多演变,音视频编码技术本身和产业应用背景都发生了明显变化,后起之秀辈出。目前音视频产业可以选择的信源编码标准有四个:MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4
AVC(简称H.264,也称JVT、AVC)、AVS。
可以推测,由于技术陈旧需要更新及收费较高等原因,MPEG-2即将退出历史舞台。AVS与H.264谁将成为数字音视频产业的标准?这个问题悬而未决,对这两个标准的比较成为业界关注的焦点。
AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。顾名思义,“信源”是信息的“源头”,信源编码技术解决的重点问题是数字音视频海量数据(即初始数据、信源)的编码压缩问题,故也称数字音视频编解码技术。显而易见,它是其后数字信息传输、存储、播放等环节的前提,因此是数字音视频产业的共性基础标准。AVS标准是《信息技术先进音视频编码》系列标准的简称,AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。
H.264是由ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)联合组建的联合视频组(JVT:joint video team)提出的一个新的数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。而国内业界通常所说的MPEG-4是MPEG-4的第2部分。H.264标准从1998年1月份开始草案征集,到2003年7月,整套H.264(ISO/IEC14496-10)规范定稿。2005年1月,MPEG组织正式发布了H.264验证报告,从各个方面论证了H.264的可用性以及各种工具集的效果,从标准的角度,印证H.264的成熟性,从标准制定到颁布,H.264一直是ITU、MPEG、DVD、DVB、3GPP等工业化组织共同推进的视频编码国际标准。