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| H.264:视频编码新发展
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JVT(Joint Video Team,视频联合工作组)于2001年12月在泰国Pattaya成立。它由ITU-T和ISO两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成。JVT的工作目标是制定一个新的视频编码标准,以实现视频的高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等目标。目前JVT的工作已被ITU-T接纳,新的视频编码标准称为H.264标准,该标准也被ISO接纳,称为AVC(Advanced Video Coding)标准,是MPEG-4的第10部分。
H.264标准可分为三档: 1. 基本档次(其简单版本,应用面广); 2. 主要档次(采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施,可用于SDTV、HDTV和DVD等); 3. 扩展档次(可用于各种网络的视频流传输)。
H.264不仅比H.263和MPEG-4节约了50%的码率,而且对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制,有利于网络中的分组传输,支持网络中视频的流媒体传输。这都将成为视频编码器新的研发目标。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。H.264支持不同网络资源下的分级编码传输,从而获得平稳的图像质量。
H.264能适应于不同网络中的视频传输,网络亲和性好。
(一)H.264视频压缩系统 H.264标准压缩系统由视频编码层(VCL)和网络提取层(Network Abstraction Layer,NAL)两部分组成。VCL中包括VCL编码器与VCL解码器,主要功能是视频数据压缩编码和解码,它包括运动补偿、变换编码、熵编码等压缩单元。NAL则用于为VCL提供一个与网络无关的统一接口,它负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送,它采用统一的数据格式,包括单个字节的包头信息、多个字节的视频数据与组帧、逻辑信道信令、定时信息、序列结束信号等。包头中包含存储标志和类型标志。存储标志用于指示当前数据不属于被参考的帧。类型标志用于指示图像数据的类型。VCL可以传输按当前的网络情况调整的编码参数。
(二)H.264的特点 H.264和H.261、H.263一样,也是采用DCT变换编码加DPCM的差分编码,即混合编码结构。同时,H.264在混合编码的框架下引入了新的编码方式,提高了编码效率,更贴近实际应用。 H.264没有繁琐的选项,而是力求简洁的“回归基本”,它具有比H.263++更好的压缩性能,又具有适应多种信道的能力。 H.264的应用目标广泛,可满足各种不同速率、不同场合的视频应用,具有较好的抗误码和抗丢包的处理能力。 H.264的基本系统无需使用版权,具有开放的性质,能很好地适应IP和无线网络监控的使用,这对目前因特网传输多媒体信息、移动网中传输宽带信息等都具有重要意义。尽管H.264编码基本结构与H.261、H.263是类似的,但它在很多环节做了改进
(三)性能优势 H.264与MPEG-4、H.263++编码性能对比采用了以下6个测试速率:32kbit/s、10F/s和QCIF;64kbit/s、15F/s和QCIF;128kbit/s、15F/s和CIF;256kbit/s、15F/s和QCIF;512kbit/s、30F/s和CIF;1024kbit/s、30F/s和CIF。测试结果标明,H.264具有比MPEG和H.263++更优秀的PSNR性能。 H.264的 PSNR比MPEG-4平均要高2dB,比H.263++平均要高3dB。
(四)新的快速运动估值算法 新的快速运动估值算法UMHexagonS(中国专利)是一种运算量相对于H.264中原有的快速全搜索算法可节约90%以上的新算法,全名叫“非对称十字型多层次六边形格点搜索算法”(Unsymmetrical-Cross Muti-Hexagon Search)”,这是一种整像素运动估值算法。由于它在高码率大运动图像序列编码时,在保持较好率失真性能的条件下,运算量十分低,已被H.264标准正式采纳。 ITU和 ISO合作发展的 H.264(MPEG-4 Part 10)有可能被广播、通信和存储媒体(CD DVD)接受成为统一的标准,最有可能成为宽带交互新媒体的标准。
我国的信源编码标准尚未制定,密切关注H.264的发展,制定我国的信源编码标准的工作正在加紧进行。H.264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段,在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。H.264的推广应用对视频编码器、网守、网关、MCU等系统的要求较高,将有力地推动视频监控、视频会议软、硬件设备在各个方面的不断完善。
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