h.264視頻編碼技術 v10

1、H.264視頻編碼技術Link View Co.2010.061主要內(nèi)容視頻編解碼標準發(fā)展概況視頻壓縮原理總體框圖H.264/AVC與MPEG-4的對比運動估計算法與碼率控制技術視頻預處理與解碼后處理算法視頻編解碼標準前沿技術與發(fā)展趨勢2視頻壓縮標準發(fā)展概況ITU-T和ISO/IEC JTC1是目前國際上制定視頻編碼標準的正式組織ISO/IEC的標準稱為MPEG-x，比如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等，主要用于視頻存儲、視頻廣播和視頻流媒體。ITU-T的標準稱之為建議，并命名為H.26x系列，比如H.261、H.263、H.264，主要用于實時視頻通信。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部分的標準。H.264/AVC著重于解決壓縮的高效率和傳輸?shù)母呖煽啃?，因而應用面十分廣泛。3視頻編碼效率對比4視頻編碼原理的總體框圖5H.264與MPEG-4的對比視頻編碼標準MPEG-4H.264/AVC幀內(nèi)預測只在頻域內(nèi)進行DC與AC系數(shù)差分預測基于4x4塊，9種亮度預測模式，4種色度預測模式變塊大小運動補償16x16，8x816x16、16x8、8x16、8x8、8x4、4x8、4x4像素運動補償僅在半像素位置進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合通過乘法和移位實現(xiàn)，量化步長52熵編碼單一VLC表，適應性差可變長編碼（CAVLC）和基于上下文的自適應二進制算術編碼（CABAC）環(huán)路濾波無基于4x4塊邊緣進行容錯編碼簡單的條帶劃分數(shù)據(jù)分割、FMO/ASO等宏塊、條帶組織機制、強制intra塊刷新和約束性幀內(nèi)預測等多參考幀預測只有1幀最多16幀B幀宏塊直接編碼模式無獨立的空域或時域預測模式B幀宏塊雙向預測模式編碼前后兩個運動矢量編碼前后兩個運動矢量6H.264與MPEG-4的對比性能對比H.264最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比，在同等圖像質量的條件下，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量圖像。極低碼率H.264與MPEG-4相比具有性能倍增效應，即：相同碼率的H.264視頻流和MPEG-4視頻流相比擁有大約3個分貝的增益（畫質水平倍增）32Kbps的H.264視頻流期信噪比與128k的MPEG-4視頻流相近，即在相同的畫面質量下，H.264的碼率僅僅為MPEG-4的四分之一。運算復雜度H.264運算復雜度的大幅增加，同等條件下其一路編碼的實現(xiàn)復雜度高于MPEG-4大概50%100%。7運動估計整體流程估計編碼需要的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：對塊分割方式、運動矢量和殘差進行編碼Intra模式：選擇合適的幀內(nèi)預測模式，進行編碼8運動估計Skip宏塊的檢測算法什么是skip宏塊？ 當一個宏塊被確定為不編碼時，其所有的數(shù)據(jù)都通過預測得到，其運動矢量由附近已編碼宏塊的運動矢量推出，而殘差則為0.Skip宏塊的來源假設編碼為skip宏塊，計算相應的亮度和色度誤差，如果小于設定的閾值，則可以使用skip方式編碼； 進行正常編碼流程，最后運動矢量與預測值相同，系數(shù)量化后均為零，則需用skip方式編碼。通常出現(xiàn)Skip宏塊的場合靜止的場景；沒有旋轉變形等發(fā)生的物體平行移動時。9運動估計Inter/

6、Intra宏塊的選擇算法選擇Inter還是Intra宏塊編碼的標準，是看哪種方式可以讓編碼bit數(shù)盡可能地少。對于Intra宏塊，主要包括對預測模式和殘量的編碼；對于Inter宏塊，主要包括對運動矢量和殘量的編碼。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：紋理比較復雜，但在參考幀中無接近的匹配。10運動估計Inter塊運動搜索塊大小選擇H264標準中支持的搜索塊大?。?6x16，16x8，8x16，8x8，8x4，4x8，4x4。

7、分塊越多，塊越小，則每一個塊的殘差就會越?。煌瑫r分塊越多，則需要表示的運動矢量就越多。最佳的搜索塊大小應該是使得殘差編碼和運動矢量編碼的bit數(shù)之和達到最小。實際編碼中對bit數(shù)進行近似估計，然后選擇產(chǎn)生bit數(shù)相對較少的搜索塊大小。分辨率越高的視頻，相同大小的塊內(nèi)的細節(jié)越少，運動的趨勢也越一致。綜合計算量和產(chǎn)生的效果考慮，高分辨率視頻通常不進行較小搜索塊的選擇判定。11運動估計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QP值。由于實際視頻序列中的圖像復雜度是不斷變化的，細節(jié)多少、運動快慢等等，比特率也相應