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什么是AVC编码? 简述H264观想和开展

发布者:admin    发布时间:发布时间:2021-09-21    浏览次数:181    栏目:app下载

  频编解码技术有两套标准,国际电联(ITU-T)的标准H.261、H.263、H.263+等;还有ISO 的MPEG标准Mpeg1、Mpeg2、Mpeg4等等。是两大组织集合H.263+和Mpeg4的优点联合推出的最新标准,最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下,

  H.264/AVC标准是由ITU-T和ISO/IEC联合开发的,定位于覆盖整个视频应用领域,包括:低码率的无线应用、标准清晰度和高清晰度的电视广播应用、Internet上的视频流应用,传输高清晰度的DVD视频以及应用于数码相机的高质量视频应用等等。

  就像在下边“视频编码历史”表格中看到的,ITU-T和ISO/IEC负责以前所有的国际视频压缩标准的定制。到目前为止,最成功的视频标准是MPEG-2,它已经被各种市场领域所广泛接受比如DVD、数字电视广播(覆盖电缆和通讯卫星)和数字机顶盒。自从MPEG-2技术产生以来,新的H.264/MPEG-4 AVC标准在编码效率和质量上有了巨大的提高。随着时间的过去,在许多现有的应用领域,H.264/MPEG-4 AVC将会取代MPEG-2和MPEG-4,包括一些新兴的市场(比如ADSL视频)。

  国际标准通常是由国际标准化组织ISO在国际电信联盟 ITU的技术建议的基础上制订的。数字视频编解码标准也经历了多次变革,H264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的推广应用对视频终端、网守、网关、MCU等系统的要求较高,将有力地推动视频会议软设备在各个方面的不断完善。

  H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。压缩技术的基本原理就是将视频文件中的非重要信息过滤,以便让数据能够更快地在网络中传输。在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍,比MPEG-4高1.5-2倍。正因为如此,经过H.264压缩的视频数据,在网络传输过程中所需要的带宽更少,也更加经济。

  在MPEG-4需要6Mbps的传输速率匹配时,H.264只需要3Mbps-4Mbps的传输速率。我们用交通运输来做更加形象的比喻:同样是用一辆卡车运输一个大箱子,假如MPEG-4能把箱子减重一半,那么H.264能把箱子减重为原来的1/4,在卡车载重量不变的情况下,H.264比MPEG-2让卡车的载货量增加了二倍。

  H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的大幅增加,例如分层设计、多帧参论、多模式运动估计、改进的帧内预测等,这些都显著提高了预测精度,从而获得比其他标准好得多的压缩性能。

  不断提高的硬件处理能力和不断优化的软件算法是H.264得以风行的生存基础。早在十年前,主频为几十兆的CPU就达到了顶级,而如今普通的台式机,CPU的主频已经高达几千兆。按照摩尔定律的说法,芯片单位面积的容量每18个月翻一番,因此H.264所增加的运算复杂度相对于性能提升效果而言微不足道。更何况新的计算方法层出不穷,也相对缓解H.264对处理速度的饥渴需求。

  在极低码率(32-128Kbps)的情况下,H.264与MPEG-4相比具有性能倍增效应,即: 相同码率的H.26L媒体流和MPEG-4媒体流相比,H.26L拥有大约3个分贝的增益(画质水平倍增)。 32Kbps的H.26L媒体流,其信躁比与128K的MPEG-4媒体流相近。即在同样的画面质量下,H.264的码率仅仅为MPEG-4的四分之一。

  单张的图片流组成了视频,它能分成16X16像素的“宏块”,这种分块方法简化了在视频压缩算法中每个步骤的处理过程。举例来说,从标准清晰度标准视频流解决方案(720X480)中截取的一幅图片被分成1350(45X30)个宏块,然后在宏块的层次进行进一步的处理。

  改良的运动估计。运动估计用来确定和消除存在于视频流中不同图片之间的时间冗余。当运动估计搜索是根据过去方向的图片,那么被编码的图片称为“P帧图片”,当搜索是根据过去和将来两种方向的图片,那么被编码的图片被称为“B帧图片”。

  为了提高编码效率,为了包含和分离在“H.264运动估计-改良的运动估计”图中的运动宏块,宏块被拆分成更小的块。然后,以前或将来的图片的运动矢量被用来预测一个给定的块。H.264/MPEG-4 AVC发明了一种更小的块,它具有更好的灵活性,在运动矢量方面可以有更高的预测精度。

  不能运用运动估计的地方,就采用帧内估计用来消除空间冗余。内部估计通过在一个预定义好的集合中不同方向上的邻近块推测相邻像素来预测当前块。然后预测块和真实块之间的不同点被编码。这种方法是H.264/MPEG-4 AVC所特有的,尤其对于经常存在空间冗余的平坦背景特别有用。

  运动估计和内部估计后的结果通过变换被从空间域转换到频率域。H.264/MPEG-4 AVC使用整数DCT4X4变换。而MPEG-2和MPEG-4使用浮点DCT8X8变换。

  更小块的H.264/MPEG-4 AVC减少了块效应和明显的人工痕迹。整数系数消除了在MPEG-2和MPEG-4中进行浮点系数运算时导致的精度损失。

  变换后的系数被量化,减少了整数系数的预测量和消除了不容易被感知高频系数。这个步骤也用来控制输出的比特率维持在一个基本恒定的常量。

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