h.264視頻編碼技術(shù) v10

1、H.264視頻編碼技術(shù)Link View Co.2010.061主要內(nèi)容視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展概況視頻壓縮原理總體框圖H.264/AVC與MPEG-4的對(duì)比運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法與碼率控制技術(shù)視頻預(yù)處理與解碼后處理算法視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展概況ITU-T和ISO/IEC JTC1是目前國際上制定視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的正式組織ISO/IEC的標(biāo)準(zhǔn)稱為MPEG-x，比如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等，主要用于視頻存儲(chǔ)、視頻廣播和視頻流媒體。ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)稱之為建議，并命名為H.26x系列，比如H.261、H.263、H.264，主要用于實(shí)時(shí)視頻通信。H.264/AVC MPEG

2、 和 VCEG聯(lián)合開發(fā)了AVC，也被稱為ITU-T H.264建議和MPEG-4的第10部分的標(biāo)準(zhǔn)。H.264/AVC著重于解決壓縮的高效率和傳輸?shù)母呖煽啃裕蚨鴳?yīng)用面十分廣泛。3視頻編碼效率對(duì)比4視頻編碼原理的總體框圖5H.264與MPEG-4的對(duì)比視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4H.264/AVC幀內(nèi)預(yù)測(cè)只在頻域內(nèi)進(jìn)行DC與AC系數(shù)差分預(yù)測(cè)基于4x4塊，9種亮度預(yù)測(cè)模式，4種色度預(yù)測(cè)模式變塊大小運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償16x16，8x816x16、16x8、8x16、8x8、8x4、4x8、4x4像素運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償僅在半像素位置進(jìn)行雙線性插值像素位置采用6拍濾波，1/4像素位置線性插值變換與量化8x8浮點(diǎn)DCT變換，除

3、法量化，量化步長324x4整數(shù)變換，量化與變換歸一化相結(jié)合通過乘法和移位實(shí)現(xiàn)，量化步長52熵編碼單一VLC表，適應(yīng)性差可變長編碼（CAVLC）和基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼（CABAC）環(huán)路濾波無基于4x4塊邊緣進(jìn)行容錯(cuò)編碼簡單的條帶劃分?jǐn)?shù)據(jù)分割、FMO/ASO等宏塊、條帶組織機(jī)制、強(qiáng)制intra塊刷新和約束性幀內(nèi)預(yù)測(cè)等多參考幀預(yù)測(cè)只有1幀最多16幀B幀宏塊直接編碼模式無獨(dú)立的空域或時(shí)域預(yù)測(cè)模式B幀宏塊雙向預(yù)測(cè)模式編碼前后兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量編碼前后兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量6H.264與MPEG-4的對(duì)比性能對(duì)比H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-

4、4的1.52倍，比MPEG-4 ASP要平均節(jié)約39左右的傳輸碼流 ；而在相同碼率下，能提供更流暢的高質(zhì)量圖像。極低碼率H.264與MPEG-4相比具有性能倍增效應(yīng)，即：相同碼率的H.264視頻流和MPEG-4視頻流相比擁有大約3個(gè)分貝的增益（畫質(zhì)水平倍增）32Kbps的H.264視頻流期信噪比與128k的MPEG-4視頻流相近，即在相同的畫面質(zhì)量下，H.264的碼率僅僅為MPEG-4的四分之一。運(yùn)算復(fù)雜度H.264運(yùn)算復(fù)雜度的大幅增加，同等條件下其一路編碼的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高于MPEG-4大概50%100%。7運(yùn)動(dòng)估計(jì)整體流程估計(jì)編碼需要的bit數(shù)如果所需bit數(shù)比16x16少，則選用intra模

5、式通過閾值判定是否選用skip模式Inter模式：對(duì)塊分割方式、運(yùn)動(dòng)矢量和殘差進(jìn)行編碼Intra模式：選擇合適的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，進(jìn)行編碼8運(yùn)動(dòng)估計(jì)Skip宏塊的檢測(cè)算法什么是skip宏塊？ 當(dāng)一個(gè)宏塊被確定為不編碼時(shí)，其所有的數(shù)據(jù)都通過預(yù)測(cè)得到，其運(yùn)動(dòng)矢量由附近已編碼宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量推出，而殘差則為0.Skip宏塊的來源假設(shè)編碼為skip宏塊，計(jì)算相應(yīng)的亮度和色度誤差，如果小于設(shè)定的閾值，則可以使用skip方式編碼； 進(jìn)行正常編碼流程，最后運(yùn)動(dòng)矢量與預(yù)測(cè)值相同，系數(shù)量化后均為零，則需用skip方式編碼。通常出現(xiàn)Skip宏塊的場(chǎng)合靜止的場(chǎng)景；沒有旋轉(zhuǎn)變形等發(fā)生的物體平行移動(dòng)時(shí)。9運(yùn)動(dòng)估計(jì)Inter/

6、Intra宏塊的選擇算法選擇Inter還是Intra宏塊編碼的標(biāo)準(zhǔn)，是看哪種方式可以讓編碼bit數(shù)盡可能地少。對(duì)于Intra宏塊，主要包括對(duì)預(yù)測(cè)模式和殘量的編碼；對(duì)于Inter宏塊，主要包括對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量和殘量的編碼。適合Inter宏塊編碼的情形：紋理不是十分簡單，同時(shí)在參考幀中可以找到較好的匹配；適合Intra 16x16宏塊編碼的情形：紋理相對(duì)比較簡單，參考幀中沒有非常好的匹配； 適合Intra 4x4宏塊編碼的情形：紋理比較復(fù)雜，但在參考幀中無接近的匹配。10運(yùn)動(dòng)估計(jì)Inter塊運(yùn)動(dòng)搜索塊大小選擇H264標(biāo)準(zhǔn)中支持的搜索塊大?。?6x16，16x8，8x16，8x8，8x4，4x8，4x4。

7、分塊越多，塊越小，則每一個(gè)塊的殘差就會(huì)越小；同時(shí)分塊越多，則需要表示的運(yùn)動(dòng)矢量就越多。最佳的搜索塊大小應(yīng)該是使得殘差編碼和運(yùn)動(dòng)矢量編碼的bit數(shù)之和達(dá)到最小。實(shí)際編碼中對(duì)bit數(shù)進(jìn)行近似估計(jì)，然后選擇產(chǎn)生bit數(shù)相對(duì)較少的搜索塊大小。分辨率越高的視頻，相同大小的塊內(nèi)的細(xì)節(jié)越少，運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)也越一致。綜合計(jì)算量和產(chǎn)生的效果考慮，高分辨率視頻通常不進(jìn)行較小搜索塊的選擇判定。11運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索算法視頻壓縮采用典型的塊匹配算法整像素搜索、半像素精度搜索和四分之一像素精度搜索搜索算法鉆石搜索（DS）正六邊形搜索（HEX）三步搜索（TSS ）、四步搜索（FSS）交叉搜索（CSA）全搜索（FS）12碼率控制算法目的:在給定碼率下高效的傳輸數(shù)據(jù)，保證良好穩(wěn)定的接收端質(zhì)量模式：VBR和CBRVBR：即可變比特控制，是一種開環(huán)處理，輸入為視頻源和一個(gè)QP值。由于實(shí)際視頻序列中的圖像復(fù)雜度是不斷變化的，細(xì)節(jié)多少、運(yùn)動(dòng)快慢等等，比特率也相應(yīng)