H.264編碼原理與應(yīng)用

H.264原理與應(yīng)用

H.264的原理H.264的概述及特點H.264編碼器的輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)H.264中的關(guān)鍵技術(shù)H.264混合編碼的流程兩大視頻編碼組織ISO/IEC下的動態(tài)圖像專家組MPEG(MovingPictureExpertsGroup)ITU-T下的視頻編碼專家組VCEG(VideoCodingExpertsGroup)H.264的出現(xiàn)

VCEG（VedioCodingExpertsGroup）與MPEG(MovingPictureExpertsGroip)聯(lián)合組成了聯(lián)合視頻組（JVT，JointVideoTeam），繼而推出了新數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264。所以H.264既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分(AdvancedVideoCoding，AVC)。它的正式標(biāo)準(zhǔn)號是：ISO/IEC14496-10。因此，不論是AVC、MPEG-4Part10、ISO/IEC14496-10，還是H.264，都是指的同一個標(biāo)準(zhǔn)。H.264的特點具有良好的網(wǎng)絡(luò)親和性，適用于各種網(wǎng)絡(luò)傳輸在混合編碼器的基本框架下，對其主要關(guān)鍵部件都做了重大改進(jìn)，如多模式運動估計、幀內(nèi)預(yù)測、多幀預(yù)測、基于內(nèi)容的變長編碼等在關(guān)注H.264的優(yōu)越性能的同時必然需要衡量其實現(xiàn)難度。從總體上說，H.264性能的改進(jìn)是以增加復(fù)雜性為代價而獲得的。據(jù)估計，H.264編碼的計算復(fù)雜度大約相當(dāng)于H.263的3倍，解碼復(fù)雜度大約相當(dāng)于H.263的2倍.編碼器的輸入和輸出編碼器的輸入和輸出YUV格式人的視覺系統(tǒng)對亮度的感知比對色度的感知更加敏感，因此將彩色空間分解為亮度(Y)和色度(U,V)兩個基本部分。根據(jù)對Y、U、V三個分量的采樣比率不同，數(shù)字視頻圖像可分為4:2:0，4:2:2，4:4:4等格式4:2:04:2:24:4:4視頻的冗余空間冗余每幀圖像上，每個像素點與它相鄰的像素點具有相關(guān)系。時間冗余序列圖像中，相鄰幀之間具有強的相關(guān)性信息熵冗余也稱編碼冗余。每個像素點只要按照信息熵大小分配相應(yīng)比特數(shù)即可，如果對每個像素采用相同比特數(shù)則存在信息熵冗余。視頻的冗余針對空間冗余：幀內(nèi)(intra)預(yù)測編碼，變換編碼針對時間冗余：幀間(inter)預(yù)測編碼針對信息熵冗余：信息熵編碼(H.264使用CAVLC)針對不同的冗余，分別提出消除各種冗余的編碼方法。在H.264中，各種編碼方法有效組合在一起，這些技術(shù)在編碼器中的次序關(guān)系如下圖：預(yù)測技術(shù)H.264處理圖像時，不以像素為單位，而以宏塊(MB)為最小編碼單位。宏塊為16x16像素的小塊，一張圖像被劃分成許多這樣的宏塊。處理時，從左到右，從上到下依次處理。預(yù)測技術(shù)幀內(nèi)預(yù)測預(yù)測技術(shù)幀間預(yù)測變換技術(shù)

變換的精髓在于：把一個域內(nèi)看起來信息量很大的信號，變換到另一個只需要少量數(shù)據(jù)就可以表達(dá)的域內(nèi)。整數(shù)DCT變換:H.264使用了基于4×4像素塊的類似于DCT的變換，但使用的是以整數(shù)為基礎(chǔ)的空間變換。該變換是互逆的，不存在損失。變換后信息大量集中于低頻區(qū)域。熵編碼技術(shù)zigzag掃描(鋸齒掃描)1.在進(jìn)行熵編碼之前，通常需要做Z字形掃描。2.Z字形掃描之后，形成一個串行數(shù)據(jù)序列。利用游程編碼將前面整數(shù)變換生成的零壓縮掉。H.264的混合視頻編碼框架綜合上述編碼技術(shù)，得到H.264的混合編碼框架H.264支持三個不同檔次的應(yīng)用1、基本檔次：主要用于“視頻會話”，如會議電視，可視電話，遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)等；2、擴展檔次：主要用于網(wǎng)絡(luò)的視頻流，如視頻點播；3、主要檔次：主要用于消費電子應(yīng)用，如數(shù)字電視廣播，數(shù)字視頻存儲等。H.264在視頻會議中的應(yīng)用視頻會議系統(tǒng)對編解碼的要求a.編解碼高效，壓縮率高b.網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性好c.抗丟包性能和抗誤碼性能好H.264中采用的措施a.通過對傳統(tǒng)幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、變換編碼和熵編碼等算法的改進(jìn)進(jìn)一步提高編碼效率和圖像質(zhì)量b.編解碼系統(tǒng)定義了視頻編解碼層VCL和網(wǎng)絡(luò)提取層NALc.利用參數(shù)集、片、FMO、冗余片等關(guān)鍵技術(shù)大大提高系統(tǒng)抗丟包和誤碼性能

H.264在監(jiān)控的應(yīng)用

與采用MPEG-4相比，H.264具有以下優(yōu)勢：a.壓縮比可提高近30%，大大提高了存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，同理采用新的算法極大地抑制了由于攝像機噪聲導(dǎo)致的圖像失真，背景流動現(xiàn)象，便圖像質(zhì)量更加清晰，無馬賽克出現(xiàn)。b.具備本地實時監(jiān)視、音視頻同步壓縮存儲、組合報警、有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、管理權(quán)限設(shè)置等多種功能。

H.264在手機電視中的應(yīng)用手機電視的要求

數(shù)字電視節(jié)目一般通過IP包的形式進(jìn)行接收，由于屏幕較小，播放的圖像大小接近于QCIF格式，數(shù)字電視在播放時，CPU進(jìn)行的操作除了解碼壓縮圖像數(shù)據(jù)