h.264视频编码技术 v10

1、H.264视频编码技术Link View Co.2010.061主要内容视频编解码标准发展概况视频压缩原理总体框图H.264/AVC与MPEG-4的对比运动估计算法与码率控制技术视频预处理与解码后处理算法视频编解码标准前沿技术与发展趋势2视频压缩标准发展概况ITU-T和ISO/IEC JTC1是目前国际上制定视频编码标准的正式组织ISO/IEC的标准称为MPEG-x，比如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等，主要用于视频存储、视频广播和视频流媒体。ITU-T的标准称之为建议，并命名为H.26x系列，比如H.261、H.263、H.264，主要用于实时视频通信。H.264/AVC MPEG

2、 和 VCEG联合开发了AVC，也被称为ITU-T H.264建议和MPEG-4的第10部分的标准。H.264/AVC着重于解决压缩的高效率和传输的高可靠性，因而应用面十分广泛。3视频编码效率对比4视频编码原理的总体框图5H.264与MPEG-4的对比视频编码标准MPEG-4H.264/AVC帧内预测只在频域内进行DC与AC系数差分预测基于4x4块，9种亮度预测模式，4种色度预测模式变块大小运动补偿16x16，8x816x16、16x8、8x16、8x8、8x4、4x8、4x4像素运动补偿仅在半像素位置进行双线性插值像素位置采用6拍滤波，1/4像素位置线性插值变换与量化8x8浮点DCT变换，除

3、法量化，量化步长324x4整数变换，量化与变换归一化相结合通过乘法和移位实现，量化步长52熵编码单一VLC表，适应性差可变长编码（CAVLC）和基于上下文的自适应二进制算术编码（CABAC）环路滤波无基于4x4块边缘进行容错编码简单的条带划分数据分割、FMO/ASO等宏块、条带组织机制、强制intra块刷新和约束性帧内预测等多参考帧预测只有1帧最多16帧B帧宏块直接编码模式无独立的空域或时域预测模式B帧宏块双向预测模式编码前后两个运动矢量编码前后两个运动矢量6H.264与MPEG-4的对比性能对比H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-

4、4的1.52倍，比MPEG-4 ASP要平均节约39左右的传输码流 ；而在相同码率下，能提供更流畅的高质量图像。极低码率H.264与MPEG-4相比具有性能倍增效应，即：相同码率的H.264视频流和MPEG-4视频流相比拥有大约3个分贝的增益（画质水平倍增）32Kbps的H.264视频流期信噪比与128k的MPEG-4视频流相近，即在相同的画面质量下，H.264的码率仅仅为MPEG-4的四分之一。运算复杂度H.264运算复杂度的大幅增加，同等条件下其一路编码的实现复杂度高于MPEG-4大概50%100%。7运动估计整体流程估计编码需要的bit数如果所需bit数比16x16少，则选用intra模

5、式通过阈值判定是否选用skip模式Inter模式：对块分割方式、运动矢量和残差进行编码Intra模式：选择合适的帧内预测模式，进行编码8运动估计Skip宏块的检测算法什么是skip宏块？ 当一个宏块被确定为不编码时，其所有的数据都通过预测得到，其运动矢量由附近已编码宏块的运动矢量推出，而残差则为0.Skip宏块的来源假设编码为skip宏块，计算相应的亮度和色度误差，如果小于设定的阈值，则可以使用skip方式编码； 进行正常编码流程，最后运动矢量与预测值相同，系数量化后均为零，则需用skip方式编码。通常出现Skip宏块的场合静止的场景；没有旋转变形等发生的物体平行移动时。9运动估计Inter/

6、Intra宏块的选择算法选择Inter还是Intra宏块编码的标准，是看哪种方式可以让编码bit数尽可能地少。对于Intra宏块，主要包括对预测模式和残量的编码；对于Inter宏块，主要包括对运动矢量和残量的编码。适合Inter宏块编码的情形：纹理不是十分简单，同时在参考帧中可以找到较好的匹配；适合Intra 16x16宏块编码的情形：纹理相对比较简单，参考帧中没有非常好的匹配； 适合Intra 4x4宏块编码的情形：纹理比较复杂，但在参考帧中无接近的匹配。10运动估计Inter块运动搜索块大小选择H264标准中支持的搜索块大小：16x16，16x8，8x16，8x8，8x4，4x8，4x4。

7、分块越多，块越小，则每一个块的残差就会越小；同时分块越多，则需要表示的运动矢量就越多。最佳的搜索块大小应该是使得残差编码和运动矢量编码的bit数之和达到最小。实际编码中对bit数进行近似估计，然后选择产生bit数相对较少的搜索块大小。分辨率越高的视频，相同大小的块内的细节越少，运动的趋势也越一致。综合计算量和产生的效果考虑，高分辨率视频通常不进行较小搜索块的选择判定。11运动估计搜索算法视频压缩采用典型的块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钻石搜索（DS）正六边形搜索（HEX）三步搜索（TSS ）、四步搜索（FSS）交叉搜索（CSA）全搜索（FS）12码率控制算法目的:在给定码率下高效的传输数据，保证良好稳定的接收端质量模式：VBR和CBRVBR：即可变比特控制，是一种开环处理，输入为视频源和一个QP值。由于实际视频序列中的图像复杂度是不断变化的，细节多少、运动快慢等等，比特率也相应