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视频编码标准发展概括
2008年3月10日 13:28    中国联通网站    评论()    

    基于空域的帧内预测技术

    视频编码是通过去除图像的空间与时间相关性来达到压缩的目的。空间相关性通过有效的变换来去除,如DCT变换、H.264的整数变换;时间相关性则通过帧间预测来去除。这里所说的变换去除空间相关性,仅仅局限在所变换的块内,如8×8或者4×4,并没有块与块之间的处理。H.263+与MPEG-4引入了帧内预测技术,在变换域中根据相临块对当前块的某些系数做预测。H.264则是在空域中,利用当前块的相临象素直接对每个系数做预测,更有效地去除相临块之间的相关性,极大地提高了帧内编码的效率。

    H.264基本部分的帧内预测包括9种4×4亮度块的预测、4种16×16亮度块的预测和4种色度块的预测。

    运动估计

    H.264的运动估计具有3个新的特点:1/4象素精度的运动估计;7种大小不同的块进行匹配;前向与后向多参考帧。

    H.264在帧间编码中,一个宏块(16×16)可以被分为16×8、8×16、8×8的块,而8×8的块被称为子宏块,又可以分为8×4、4×8、4×4的块。总体而言,共有7种大小不同的块做运动估计,以找出最匹配的类型。与以往标准的P帧、B帧不同,H.264采用了前向与后向多个参考帧的预测。半象素精度的运动估计比整象素运动估计有效地提高了压缩比,而1/4象素精度的运动估计可带来更好的压缩效果。

    编码器中运用多种大小不同的块进行运动估计,可节省15%以上的比特率(相对于16×16的块)。运用1/4象素精度的运动估计,可以节省20%的码率(相对于整象素预测)。多参考帧预测方面,假设为5个参考帧预测,相对于一个参考帧,可降低5%~10%的码率。以上百分比都是统计数据,不同视频因其细节特征与运动情况而有所差异。

    熵编码

    H.264标准采用的熵编码有两种:一种是基于内容的自适应变长编码(CAVLC)与统一的变长编码(UVLC)结合;另一种是基于内容的自适应二进制算术编码(CABAC)。CAVLC与CABAC根据相临块的情况进行当前块的编码,以达到更好的编码效率。CABAC比CAVLC压缩效率高,但要复杂一些。

    去块效应滤波器

    H.264标准引入了去块效应滤波器,对块的边界进行滤波,滤波强度与块的编码模式、运动矢量及块的系数有关。去块效应滤波器在提高压缩效率的同时,改善了图像的主观效果。

    其他视频编码标准

    除上述ITU-T的视频压缩标准外,还有一些标准也比较流行,如MPEG-4、AVS、WM9。

    H.264也称为MPEG-4AVC,而目前业内所说的MPEG-4一般是指SP(简级)或ASP(先进的简级),主要针对低码率应用,如因特网上的流媒体、无线网的视频传输及视频存储等,其核心类似于H.263。

    MPEG-4SP和H.263有很多相似的地方,如附表所示。然而,这两个标准之间也有显著的不同,主要表现在:码流结构和头信息、熵编码的部分码表、编码技术的一些细节。MPEG-4ASP较SP增加了一些技术,主要有:1/4象素精度的运动估计、B帧、全局运动矢量(GMV),因而压缩效率得以提高。

    AVS是由我国自主制定的音/视频编码技术标准,主要面向高清晰度电视、高密度光存储媒体等应用。AVS标准以当前国际上最先进的MPEG-4AVC/H.264框架为基础,强调自主知识产权,同时充分考虑了实现的复杂度。相对于H.264,AVS的主要特点有:(1)8×8的整数变换与64级量化;(2)亮度和色度帧内预测都是以8×8块为单位,亮度块采用5种预测模式,色度块采用4种预测模式;(3)采用16×16、16×8、8×16和8×84种块模式进行运动补偿;(4)在1/4象素运动估计方面,采用不同的四抽头滤波器进行半象素插值和1/4象素插值;(5)P帧可以利用最多2帧的前向参考帧,而B帧采用前后各一个参考帧。

    WindowMeida9(WM9)是微软公司开发的新一代数字媒体技术。一些测试表明,WM9的视频压缩效率比MPEG-2、MPEG-4SP及H.263高很多,而与H.264的压缩效率相当。

    结束语

    目前,H.261与H.263在视频通信中广泛应用,成熟的产品已经很多。H.263与H.261相比,增加了若干选项,提供了更灵活的编码方式,压缩效率大大提高,更适应网络传输。H.264标准的推出,是视频编码标准的一次重要进步,它与现有的MPEG-2、MPEG-4SP及H.263相比,具有明显的优越性,特别是在编码效率上的提高,使之能用于许多新的领域。尽管H.264的算法复杂度是现有编码压缩标准的4倍以上,随着集成电路技术的快速发展,H.264的应用将成为现实。

[1]  [2]  编 辑:张翀
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