H.264编码原理与应用

H.264原理与应用

H.264的原理H.264的概述及特点H.264编码器的输入输出标准H.264中的关键技术H.264混合编码的流程两大视频编码组织ISO/IEC下的动态图像专家组MPEG(MovingPictureExpertsGroup)ITU-T下的视频编码专家组VCEG(VideoCodingExpertsGroup)H.264的出现

VCEG（VedioCodingExpertsGroup）与MPEG(MovingPictureExpertsGroip)联合组成了联合视频组（JVT，JointVideoTeam），继而推出了新数字视频编码标准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)。它的正式标准号是：ISO/IEC14496-10。因此，不论是AVC、MPEG-4Part10、ISO/IEC14496-10，还是H.264，都是指的同一个标准。H.264的特点具有良好的网络亲和性，适用于各种网络传输在混合编码器的基本框架下，对其主要关键部件都做了重大改进，如多模式运动估计、帧内预测、多帧预测、基于内容的变长编码等在关注H.264的优越性能的同时必然需要衡量其实现难度。从总体上说，H.264性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的。据估计，H.264编码的计算复杂度大约相当于H.263的3倍，解码复杂度大约相当于H.263的2倍.编码器的输入和输出编码器的输入和输出YUV格式人的视觉系统对亮度的感知比对色度的感知更加敏感，因此将彩色空间分解为亮度(Y)和色度(U,V)两个基本部分。根据对Y、U、V三个分量的采样比率不同，数字视频图像可分为4:2:0，4:2:2，4:4:4等格式4:2:04:2:24:4:4视频的冗余空间冗余每帧图像上，每个像素点与它相邻的像素点具有相关系。时间冗余序列图像中，相邻帧之间具有强的相关性信息熵冗余也称编码冗余。每个像素点只要按照信息熵大小分配相应比特数即可，如果对每个像素采用相同比特数则存在信息熵冗余。视频的冗余针对空间冗余：帧内(intra)预测编码，变换编码针对时间冗余：帧间(inter)预测编码针对信息熵冗余：信息熵编码(H.264使用CAVLC)针对不同的冗余，分别提出消除各种冗余的编码方法。在H.264中，各种编码方法有效组合在一起，这些技术在编码器中的次序关系如下图：预测技术H.264处理图像时，不以像素为单位，而以宏块(MB)为最小编码单位。宏块为16x16像素的小块，一张图像被划分成许多这样的宏块。处理时，从左到右，从上到下依次处理。预测技术帧内预测预测技术帧间预测变换技术

变换的精髓在于：把一个域内看起来信息量很大的信号，变换到另一个只需要少量数据就可以表达的域内。整数DCT变换:H.264使用了基于4×4像素块的类似于DCT的变换，但使用的是以整数为基础的空间变换。该变换是互逆的，不存在损失。变换后信息大量集中于低频区域。熵编码技术zigzag扫描(锯齿扫描)1.在进行熵编码之前，通常需要做Z字形扫描。2.Z字形扫描之后，形成一个串行数据序列。利用游程编码将前面整数变换生成的零压缩掉。H.264的混合视频编码框架综合上述编码技术，得到H.264的混合编码框架H.264支持三个不同档次的应用1、基本档次：主要用于“视频会话”，如会议电视，可视电话，远程医疗、远程教学等；2、扩展档次：主要用于网络的视频流，如视频点播；3、主要档次：主要用于消费电子应用，如数字电视广播，数字视频存储等。H.264在视频会议中的应用视频会议系统对编解码的要求a.编解码高效，压缩率高b.网络适应性好c.抗丢包性能和抗误码性能好H.264中采用的措施a.通过对传统帧内预测、帧间预测、变换编码和熵编码等算法的改进进一步提高编码效率和图像质量b.编解码系统定义了视频编解码层VCL和网络提取层NALc.利用参数集、片、FMO、冗余片等关键技术大大提高系统抗丢包和误码性能

H.264在监控的应用

与采用MPEG-4相比，H.264具有以下优势：a.压缩比可提高近30%，大大提高了存储和网络传输带宽，同理采用新的算法极大地抑制了由于摄像机噪声导致的图像失真，背景流动现象，便图像质量更加清晰，无马赛克出现。b.具备本地实时监视、音视频同步压缩存储、组合报警、有线或无线网络传输、管理权限设置等多种功能。

H.264在手机电视中的应用手机电视的要求

数字电视节目一般通过IP包的形式进行接收，由于屏幕较小，播放的图像大小接近于QCIF格式，数字电视在播放时，CPU进行的操作除了解码压缩图像数据