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H.264
閱讀�29618�(shí)間:2011-01-17 14:25:42

  H.264是一種高性能的視頻編解碼技�(shù)。目前國(guó)際上制定視頻編解碼技�(shù)的組織有兩�(gè),一�(gè)是“國(guó)際電�(lián)(ITU-T)�,它制定的標(biāo)�(zhǔn)有H.261、H.263、H.263+�,另一�(gè)是“國(guó)際標(biāo)�(zhǔn)化組織(ISO)”它制定的標(biāo)�(zhǔn)�MPEG-1�MPEG-2、MPEG-4等。而H.264則是由兩�(gè)組織�(lián)合組建的�(lián)合視頻組(JVT)共同制定的��(shù)字視�編碼�(biāo)�(zhǔn),所以它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4視頻編碼(Advanced Video Coding,AVC),而且它將成為MPEG-4�(biāo)�(zhǔn)的第10部分。因�,不論是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10,還是ISO/IEC 14496-10,都是指H.264�

特點(diǎn)

  1、分層設(shè)�(jì)

  H.264的算法在概念上可以分為兩層:視頻編碼層(VCL:Video Coding Layer)負(fù)�(zé)高效的視頻內(nèi)容表�,網(wǎng)�(luò)提取層(NAL:Network Abstraction Layer)負(fù)�(zé)以網(wǎng)�(luò)所要求的恰�(dāng)?shù)姆绞�?duì)�(shù)�(jù)�(jìn)行打包和傳送。在VCL和NAL之間定義了一�(gè)基于分組方式的接�,打包和相應(yīng)的信令屬于NAL的一部分。這樣,高編碼效率和網(wǎng)�(luò)友好性的任務(wù)分別由VCL和NAL來完��

  VCL層包括基于塊的運(yùn)�(dòng)�(bǔ)償混合編碼和一些新特性。與前面的視頻編碼標(biāo)�(zhǔn)一�,H.264沒有把前處理和后處理等功能包括在草案�,這樣可以增加�(biāo)�(zhǔn)的靈活��

  NAL�(fù)�(zé)使用下層�(wǎng)�(luò)的分段格式來封裝�(shù)�(jù),包括組幀、邏輯信道的信令、定�(shí)信息的利用或序列�(jié)束信�(hào)�。例如,NAL支持視頻在電路交換信道上的傳輸格�,支持視頻在Internet上利用RTP/UDP/IP傳輸?shù)母袷?。NAL包括自己的頭部信�、段�(jié)�(gòu)信息和實(shí)際載荷信�,即上層的VCL�(shù)�(jù)。(如果采用�(shù)�(jù)分割技�(shù),數(shù)�(jù)可能由幾�(gè)部分組成)�

  2、高精度、多模式�(yùn)�(dòng)估計(jì)

  H.264支持1/4�1/8像素精度的運(yùn)�(dòng)矢量。在1/4像素精度�(shí)可使�6抽頭濾波器來減少高頻噪聲,對(duì)�1/8像素精度的運(yùn)�(dòng)矢量,可使用更為�(fù)雜的8抽頭的濾波器。在�(jìn)行運(yùn)�(dòng)估計(jì)�(shí),編碼器還可選擇"增強(qiáng)"�(nèi)插濾波器來提高預(yù)�(cè)的效��

  在H.264的運(yùn)�(dòng)�(yù)�(cè)�,一�(gè)宏塊(MB)可以按�2被分為不同的子塊,形�7種不同模式的塊尺�。這種多模式的靈活和細(xì)致的劃分,更切合圖像中實(shí)際運(yùn)�(dòng)物體的形狀,大大提高了�(yùn)�(dòng)估計(jì)的精確程�。在這種方式�,在每�(gè)宏塊中可以包含有1�2�4�8�16�(gè)�(yùn)�(dòng)矢量�

  在H.264中,允許編碼器使用多于一幀的先前幀用于�(yùn)�(dòng)估計(jì),這就是所謂的多幀參考技�(shù)。例�2幀�3幀剛剛編碼好的參考幀,編碼器將選擇對(duì)每�(gè)目標(biāo)宏塊能給出更好的�(yù)�(cè)幀,并為每一宏塊指示是哪一幀被用于預(yù)�(cè)�

  3�4×4塊的整數(shù)變換

  H.264與先前的�(biāo)�(zhǔn)相似,對(duì)殘差采用基于塊的變換編碼,但變換是整�(shù)操作而不是實(shí)�(shù)�(yùn)�,其過程和DCT基本相似。這種方法的優(yōu)�(diǎn)在于:在編碼器中和解碼器中允許精度相同的變換和反變換,便于使用簡(jiǎn)單的定點(diǎn)�(yùn)算方�。也就是說,這里沒有"反變換誤�"� 變換的單位是4×4塊,而不是以往常用�8×8�。由于用于變換塊的尺寸縮小,�(yùn)�(dòng)物體的劃分更精確,這樣,不但變換計(jì)算量比較�,而且在運(yùn)�(dòng)物體邊緣處的銜接誤差也大為減小。為了使小尺寸塊的變換方式對(duì)圖像中較大面積的平滑區(qū)域不�(chǎn)生塊之間的灰度差�,可�(duì)幀�(nèi)宏塊亮度�(shù)�(jù)�16�(gè)4×4塊的DC系數(shù)(每�(gè)小塊一�(gè),共16�(gè))�(jìn)行第二次4×4塊的變換,對(duì)色度�(shù)�(jù)�4�(gè)4×4塊的DC系數(shù)(每�(gè)小塊一�(gè),共4�(gè))�(jìn)�2×2塊的變換�

  H.264為了提高碼率控制的能�,量化步�(zhǎng)的變化的幅度控制�12.5%左右,而不是以不變的增幅變�。變換系�(shù)幅度的歸一化被放在反量化過程中處理以減少計(jì)算的�(fù)雜�。為了強(qiáng)�(diào)彩色的逼真性,�(duì)色度系數(shù)采用了較小量化步�(zhǎng)�

  4、統(tǒng)一的VLC

  H.264中熵編碼有兩種方法,一種是�(duì)所有的待編碼的符號(hào)采用�(tǒng)一的VLC(UVLC :Universal VLC�,另一種是采用�(nèi)容自適應(yīng)的二�(jìn)制算�(shù)編碼(CABAC:Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding�。CABAC是可選項(xiàng),其編碼性能比UVLC稍好,但�(jì)算復(fù)雜度也高。UVLC使用一�(gè)�(zhǎng)度無限的碼字�,設(shè)�(jì)�(jié)�(gòu)非常有規(guī)則,用相同的碼表可以�(duì)不同的對(duì)象�(jìn)行編�。這種方法很容易產(chǎn)生一�(gè)碼字,而解碼器也很容易地識(shí)別碼字的前綴,UVLC在發(fā)生比特錯(cuò)誤時(shí)能快速獲得重同步�

  5、幀�(nèi)�(yù)�(cè)

  在先前的H.26x系列和MPEG-x系列�(biāo)�(zhǔn)�,都是采用的幀間預(yù)�(cè)的方�。在H.264中,�(dāng)編碼Intra圖像�(shí)可用幀�(nèi)�(yù)�(cè)。對(duì)于每�(gè)4×4塊(除了邊緣塊特別處置以外),每�(gè)像素都可�17�(gè)最接近的先前已編碼的像素的不同加權(quán)和(有的�(quán)值可�0)來�(yù)�(cè),即此像素所在塊的左上角�17�(gè)像素。顯然,這種幀�(nèi)�(yù)�(cè)不是在時(shí)間上,而是在空間域上�(jìn)行的�(yù)�(cè)編碼算法,可以除去相鄰塊之間的空間冗余度,取得更為有效的壓縮�

  6、面向IP和無線環(huán)�

  H.264 草案中包含了用于差錯(cuò)消除的工�,便于壓縮視頻在誤碼、丟包多�(fā)�(huán)境中傳輸,如移動(dòng)信道或IP信道中傳�?shù)慕研浴?/FONT>

  為了抵御傳輸差錯(cuò),H.264視頻流中的時(shí)間同步可以通過采用幀�(nèi)圖像刷新來完成,空間同步由條�(jié)�(gòu)編碼(slice structured coding)來支持。同�(shí)為了便于誤碼以后的再同步,在一幅圖像的視頻�(shù)�(jù)中還提供了一定的重同步點(diǎn)。另�,幀�(nèi)宏塊刷新和多參考宏塊允許編碼器在決定宏塊模式的�(shí)候不僅可以考慮編碼效率,還可以考慮傳輸信道的特��

  除了利用量化步長(zhǎng)的改變來適應(yīng)信道碼率外,在H.264�,還常利用數(shù)�(jù)分割的方法來�(yīng)�(duì)信道碼率的變化。從總體上說,數(shù)�(jù)分割的概念就是在編碼器中生成具有不同�(yōu)先級(jí)的視頻數(shù)�(jù)以支持網(wǎng)�(luò)中的服務(wù)�(zhì)量QoS。例如采用基于語(yǔ)法的�(shù)�(jù)分割(syntax-based data partitioning)方�,將每幀�(shù)�(jù)的按其重要性分為幾部分,這樣允許在緩沖區(qū)溢出�(shí)丟棄不太重要的信�。還可以采用類似的時(shí)間數(shù)�(jù)分割(temporal data partitioning)方�,通過在P幀和B幀中使用多�(gè)參考幀來完��

  在無線通信的應(yīng)用中,我們可以通過改變每一幀的量化精度或空間/�(shí)間分辨率來支持無線信道的大比特率變化。可�,在多播的情況下,要求編碼器�(duì)變化的各種比特率�(jìn)行響�(yīng)是不可能�。因�,不同于MPEG-4中采用的精細(xì)分級(jí)編碼FGS(Fine Granular Scalability)的方法(效率比較低�,H.264采用流切換的SP幀來代替分�(jí)編碼�

  H.264的PSNR(PeakSignaltoNoiseRatio,峰值信噪比)比MPEG-4(ASP)和H.263++(HLP)明顯要好,�6種速率的對(duì)比測(cè)試中,H.264的PSNR比MPEG-4(ASP)平均要�2dB,比H.263(HLP)平均要�3dB�

與MPEG4區(qū)�

  壓縮方式是DVR的核心技�(shù),壓縮方式很大程度上決定著圖像的�(zhì)�、壓縮比、傳輸效�� 傳輸速度等性能,它是評(píng)�(jià)DVR性能�(yōu)劣的重要一�(huán)� 隨著多媒體技�(shù)的發(fā)�,相繼推出了許多壓縮編碼�(biāo)�(zhǔn),目前主要有JPEG/M-JPEG� H.261/H.263和MPEG等標(biāo)�(zhǔn)�

  1、JPEG/M-JPEG

  �、JPEG是一種靜止圖像的壓縮�(biāo)�(zhǔn),它是一種標(biāo)�(zhǔn)的幀�(nèi)壓縮編碼方式。當(dāng)硬件處理速度足夠快時(shí),JPEG能用于實(shí)�(shí)�(dòng)圖像的視頻壓�。在畫面變動(dòng)較小的情況下能提供相�(dāng)不錯(cuò)的圖像質(zhì)�,傳輸速度�,使用相�(dāng)安全,缺�(diǎn)是數(shù)�(jù)量較��

 ?�?、M-JPEG源于JPEG壓縮技�(shù),是一種簡(jiǎn)單的幀�(nèi)JPEG壓縮,壓縮圖像質(zhì)量較�,在畫面變動(dòng)情況下無馬賽�,但是由于這種壓縮本身技�(shù)限制� 無法做到大比例壓縮,錄像�(shí)每小�(shí)�1-2GB空間,網(wǎng)�(luò)傳輸�(shí)需�2M帶寬,所以無論錄像或�(wǎng)�(luò)�(fā)送傳�,都將耗費(fèi)大量的硬盤容量和帶寬,不適合�(zhǎng)�(shí)� 連續(xù)錄像的需�,不大實(shí)用于視頻圖像的網(wǎng)�(luò)傳輸�

  2、H.261/H.263

  �、H.261�(biāo)�(zhǔn)通常稱為P*64,H.261 �(duì)全色�、實(shí)�(shí)傳輸�(dòng)圖像可以�(dá)到較高的壓縮比,算法由幀�(nèi)壓縮加前后幀間壓縮編碼組合而成,以提供視頻壓縮和解壓縮的快速處�。由于在幀間壓縮算法中� �(yù)�(cè)到后1幀,所以在延續(xù)�(shí)間上比較有優(yōu)�(shì),但圖像�(zhì)量難以做到很高的清晰�,無法實(shí)�(xiàn)大壓縮比和變速率錄像��

  �、H.263的基本編� 方法與H.261是相同的,均為混合編碼方�,但H.263為適�(yīng)極低碼率的傳�,在編碼的各�(gè)�(huán)節(jié)上作了改�(jìn),如以省碼字來提高編碼圖像的�(zhì)�,此 �,H.263還吸取了MPEG的雙向運(yùn)�(dòng)�(yù)�(cè)等措�,�(jìn)一步提高幀間編碼的�(yù)�(cè)精度,一般說,在低碼率時(shí),采用H.263只要一半的速率可獲得和 H.261相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)��

  3、MPEG

  MPEG是壓縮運(yùn)�(dòng)圖像及其伴音的視音頻編碼�(biāo)�(zhǔn),它采用了幀間壓縮,僅存�(chǔ)連續(xù)幀之間有差別的地方 ,從而達(dá)到較大的壓縮�。MPEG�(xiàn)有MPEG�1、MPEG�2和MPEG�4三�(gè)版本,以適應(yīng)于不同帶寬和圖像�(zhì)量的要求�

 ?�?、MPEG�1的視頻壓縮算法依賴于兩�(gè)基本技�(shù),一是基�16*16(像�*行)塊的�(yùn)�(dòng)�(bǔ)償,二是基于變換域的壓縮技�(shù)來減少空域冗余度,壓縮比 相比M-JPEG要高,對(duì)�(yùn)�(dòng)不激烈的視頻信號(hào)可獲得較好的圖像�(zhì)�,但�(dāng)�(yùn)�(dòng)激烈時(shí),圖像會(huì)�(chǎn)生馬賽克�(xiàn)�� MPEG-1�1.5Mbps的數(shù)�(jù)率傳 輸視音頻信號(hào),MPEG-1在視頻圖像質(zhì)量方面相�(dāng)于VHS錄像�(jī)的圖像質(zhì)量,視頻錄像的清晰度的彩色模式≥240TVL,兩路立體聲伴音的�(zhì)量接近CD 的聲音質(zhì)�� MPEG-1是前后幀多幀�(yù)�(cè)的壓縮算�,具有很大的壓縮靈活�,能變速率壓縮視頻,可視不同的錄像�(huán)�,設(shè)置不同的壓縮�(zhì)�,從每小�(shí) 80MB�400MB不等,但�(shù)�(jù)量和帶寬還是比較��

 ?、凇PEG-2它是獲得更高分辨率(720*572)提供廣播級(jí)的視音頻編碼�(biāo) �(zhǔn)。MPEG-2作為MPEG-1的兼容擴(kuò)�,它支持隔行掃描的視頻格式和許多性能包括支持多層次的可調(diào)視頻編碼,適合多種質(zhì)量如多種速率和多種分� 率的�(chǎng)�。它適用于運(yùn)�(dòng)變化較大,要求圖像質(zhì)量很高的�(shí)�(shí)圖像。對(duì)每秒30幀�720*572分辨率的視頻信號(hào)�(jìn)行壓縮,�(shù)�(jù)率可�(dá)3-10Mbps。由 于數(shù)�(jù)量太大,不適合長(zhǎng)�(shí)間連續(xù)錄像的需��

 ?、邸PEG-4是為移動(dòng)通信�(shè)備在Internet�(wǎng)�(shí)�(shí)傳輸視音頻信�(hào)而制定的低速率、高� 縮比的視音頻編碼�(biāo)�(zhǔn)� MPEG-4�(biāo)�(zhǔn)是面�?qū)ο蟮膲嚎s方式,不是像MPEG-1和MPEG-2那樣�(jiǎn)單地將圖像分為一些像�,而是根據(jù)圖像的內(nèi)�� 其中的對(duì)象(物體、人�、背景)分離出來,分別�(jìn)行幀�(nèi)、幀間編�,并允許在不同的�(duì)象之間靈活分配碼率,�(duì)重要的對(duì)象分配較多的字節(jié),對(duì)次要的對(duì)象分� 較少的字節(jié),從而大大提高了壓縮�,在較低的碼率下獲得較好的效�� MPEG-4支持MPEG-1、MPEG-2中大多數(shù)功能,提供不同的視頻�(biāo)�(zhǔn)源格 �、碼�、幀頻下矩形圖形圖像的有效編碼�

  總之,MPEG-4有三�(gè)方面的優(yōu)�(shì)�

  �、具有很好的兼容性;

 ?�?、MPEG-4比其他算法提供更好的壓縮�,達(dá)200�1�

 ?、邸PEG-4在提供高壓縮比的同時(shí),對(duì)�(shù)�(jù)的損失很�。所�,MPEG-4的應(yīng)用能大幅度的降低錄像存儲(chǔ)容量,獲得較高的錄像清晰度,特別適用于長(zhǎng)�(shí)間實(shí)�(shí)錄像的需�,同�(shí)具備在低帶寬上優(yōu)良的�(wǎng)�(luò)傳輸能力�

  H.264 是ITU-T的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO/IEC的MPEG(活�(dòng)圖像編碼專家組)的聯(lián)合視頻組(JVT:joint video team� 開發(fā)的一�(gè)新的�(shù)字視頻編碼標(biāo)�(zhǔn),它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分�1998�1月份開始草案� 集,1999�9月,完成�(gè)草案�2001�5月制定了其測(cè)試模式TML-8�2002�6月的 JVT�5次會(huì)議通過了H.264的FCD�。目� 該標(biāo)�(zhǔn)還在開發(fā)之中,預(yù)�(jì)明年上半年可正式通過�

  H.264和以前的�(biāo)�(zhǔn)一樣,也是DPCM加變換編碼的混合編碼模式。但它采用“回歸基本� 的簡(jiǎn)潔設(shè)�(jì),不用眾多的選項(xiàng),獲得比H.263++好得多的壓縮性能;加�(qiáng)了對(duì)各種信道的適�(yīng)能力,采用“網(wǎng)�(luò)友好”的�(jié)�(gòu)和語(yǔ)法,有利于對(duì)誤碼和丟包的 處理;應(yīng)用目�(biāo)范圍較寬,以滿足不同速率、不同解析度以及不同傳輸(存�(chǔ))場(chǎng)合的需�;它的基本系�(tǒng)是開放的,使用無需版權(quán)�

  在技�(shù) �,H.264�(biāo)�(zhǔn)中有多�(gè)閃光之處,如�(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼,高精度、多模式的位移估�(jì),基�4×4塊的整數(shù)變換、分層的編碼�(yǔ)法等。這些措施使得 H.264算法具有很的高編碼效�,在相同的重建圖像質(zhì)量下,能夠比H.263節(jié)�50%左右的碼率。H.264的碼流結(jié)�(gòu)�(wǎng)�(luò)適應(yīng)性強(qiáng),增加了差錯(cuò)恢復(fù) 能力,能夠很好地適應(yīng)IP和無線網(wǎng)�(luò)的應(yīng)用�

  其實(shí)�(xiàn)在多�(shù)的什么H.264都是H.263++通過改�(jìn)后的算法,是壓縮率變的小了點(diǎn)(包括現(xiàn)在有�(gè)別的生產(chǎn)廠家,我同事都看到過他們的源代碼)!如果是從單�(gè)畫面清晰度比�,MPEG4有優(yōu)�(shì);從�(dòng)作連貫性上的清晰度,H.264有優(yōu)�(shì)�

視頻壓縮系統(tǒng)

  H.264�(biāo)�(zhǔn)壓縮系統(tǒng)由視頻編碼層(VCL)和�(wǎng)�(luò)提取層(Network Abstraction Layer,NAL)兩部分組成。VCL中包括VCL編碼器與VCL解碼�,主要功能是視頻�(shù)�(jù)壓縮編碼和解碼,它包括運(yùn)�(dòng)�(bǔ)�、變換編碼、熵編碼等壓縮單�。NAL則用于為VCL提供一�(gè)與網(wǎng)�(luò)無關(guān)的統(tǒng)一接口,它�(fù)�(zé)�(duì)視頻�(shù)�(jù)�(jìn)行封裝打包后使其在網(wǎng)�(luò)中傳�,它采用�(tǒng)一的數(shù)�(jù)格式,包括單�(gè)字節(jié)的包頭信�、多�(gè)字節(jié)的視頻數(shù)�(jù)與組幀、邏輯信道信�、定�(shí)信息、序列結(jié)束信�(hào)等。包頭中包含存儲(chǔ)�(biāo)志和類型�(biāo)�。存�(chǔ)�(biāo)志用于指示當(dāng)前數(shù)�(jù)不屬于被參考的幀。類型標(biāo)志用于指示圖像數(shù)�(jù)的類�。VCL可以傳輸按當(dāng)前的�(wǎng)�(luò)情況�(diào)整的編碼參數(shù)�

一種基于快速運(yùn)�(dòng)估計(jì)算法

  H�264是現(xiàn)有最重要�(shù)�(jù)壓縮編碼�(guó)際標(biāo)�(zhǔn)之一。同�(shí)快速運(yùn)�(dòng)估計(jì)算法一直是視頻壓縮中的研究熱點(diǎn)。本文針�(duì)一些快速估�(jì)算法過早確定了搜索方�,容易陷入局部最小點(diǎn),損失了搜索精度的情況,在原有基�(chǔ)�,運(yùn)用菱形十字搜索算�(DCS)與閾值估�(jì)相結(jié)合的方法提高了運(yùn)�(dòng)估計(jì)的性能。實(shí)�(yàn)�(jié)果表�,該算法可以用較小的搜索代價(jià)取得與全搜索(FS)相當(dāng)?shù)男�?,并且在搜索速度方面?yōu)于鉆石法DS)�

  0 引言

  H�264采用了減少視頻圖像各幀間冗余度的運(yùn)�(dòng)估計(jì)算法。運(yùn)�(dòng)估計(jì)算法傳統(tǒng)的有全搜�(FS)、三步搜�(TSS)、新三步搜索(NTSS)、四步搜�(FSS)�;常用的是鉆石搜�(DS)和非�(duì)稱十字交叉多層次六邊形格�(diǎn)�(yùn)�(dòng)搜索算法(UMHexagonS)。運(yùn)�(dòng)估計(jì)是整�(gè)視頻編碼中運(yùn)算量的模�,可占整�(gè)軟件編碼器運(yùn)算量�70%以�。因此視頻系�(tǒng)中編碼器的復(fù)雜部分取決于�(yùn)�(dòng)估計(jì)算法體系�(jié)�(gòu)的復(fù)雜��

  1 �(yùn)�(dòng)估計(jì)算法分析

  1�1 鉆石搜索(DS)算法

  DS算法即鉆石搜索算�,被MPEG-4�(guó)際標(biāo)�(zhǔn)采用并收入驗(yàn)證模型VM(Verification Model)�,是MPEG-4建議采用的快速運(yùn)�(dòng)估計(jì)算法�  DS算法采用了兩種搜索模板,分別是有9�(gè)檢測(cè)�(diǎn)的大模板和有5�(gè)檢測(cè)�(diǎn)的小模板。搜索時(shí)先用大模板LDSP在搜索區(qū)域中心及周圍8�(gè)�(diǎn)處�(jìn)行匹配計(jì)�,當(dāng)最小塊誤差出現(xiàn)在中心點(diǎn)處時(shí),將大模板LDSP換為SDSP,再�(jìn)行匹配計(jì)算,這時(shí)5�(gè)�(diǎn)中的MBD(Minimum Block Distortion)即為匹配�(diǎn);否則,改變中心位置,仍用LDSP重復(fù)�(jì)��

  1�2 菱形十字搜索(DCS)算法

  菱形十字搜索算法(DCS)算法是在DS算法基礎(chǔ)上改�(jìn)而來,DCS的匹配模板是建立在兩種不同的搜索模板之上的,即大菱形十字�(LDCSP)和小菱形十字�(SDCSP),如�1所�。其�,十字型可以�(duì)�(yīng)于實(shí)際的�(yùn)�(dòng)的矢量分�,而交叉型則是為了加速搜索效��

DSC的搜索模板

  DCS算法在�(jìn)行運(yùn)�(dòng)估計(jì)匹配�(yùn)算時(shí),有三種可能的情況:

  (1)若MBD�(diǎn)位于LDCSP中心位置,說明圖像是靜止�,DCS算法一步結(jié)��

  (2)若MBD�(diǎn)位于LDCSP小十字位�,說明圖像的�(yùn)�(dòng)較小,則在此基礎(chǔ)上按照SDCSP模板反復(fù)�(jìn)行交叉搜��

  (3)若MBD�(diǎn)位于LDCSP大十字位置,說明圖像的運(yùn)�(dòng)較大,則在此基礎(chǔ)上按照LDCSP模板反復(fù)�(jìn)行交叉搜��

  由此可以看出,DCS算法的優(yōu)�(diǎn)�,可以根�(jù)圖像的運(yùn)�(dòng)類型(如上述三種情�),白適應(yīng)選擇下一步相�(yīng)的搜索模�,使搜索與圖像內(nèi)容有�(guān)(基于�(nèi)容的搜索),從而得到較好的搜索效果;DCS算法的搜索并不一定要�(jīng)歷模板由大到小的必然過程,有�(shí)一步即可完成搜索;用DCS搜索�(shí),十字形模板�(duì)�(yīng)于實(shí)際的�(yùn)�(dòng)矢量分布,交叉形模板則有�(zhǔn)確性“聚焦”特性,這從本質(zhì)上體�(xiàn)了DCS是粗定位和準(zhǔn)確定位的有效�(jié)��

  2 �(yùn)�(dòng)估計(jì)的閾值確�

  視頻圖像的運(yùn)�(dòng)矢量大部分為零矢量或�(yùn)�(dòng)很小的矢�。運(yùn)�(dòng)矢量為零的塊稱為靜止�;運(yùn)�(dòng)矢量很小的塊(以搜索窗口中心為圓心,兩像素為半徑的圓內(nèi))稱為�(zhǔn)靜止塊:而其他的稱為�(yùn)�(dòng)�。如果有超過80%運(yùn)�(dòng)矢量很小的塊可被看作靜止或準(zhǔn)靜止塊。因�,可�(shè)一�(gè)閥值T,當(dāng)�(yùn)�(dòng)矢量的值小于T�(shí),可用SDCSP搜索法直接�(jìn)行精確定�,找出點(diǎn);當(dāng)�(yùn)�(dòng)矢量的值大于T�(shí),可用LDCSP搜索算法找出�(diǎn)�

  �(yùn)�(dòng)矢量空間域的�(yù)�(cè)方式有運(yùn)�(dòng)矢量中值預(yù)�(cè)、空間域的上層塊模式�(yùn)�(dòng)矢量;在�(shí)間域的預(yù)�(cè)方式有前幀�(duì)�(yīng)塊運(yùn)�(dòng)矢量�(yù)�(cè)和時(shí)間域的鄰近參考幀�(yùn)�(dòng)矢量�(yù)�(cè)。本文采用運(yùn)�(dòng)矢量中值預(yù)�(cè)方式。根�(jù)與當(dāng)前E塊相鄰的左邊A�,上邊B塊和右上邊C塊的�(yùn)�(dòng)矢量,取中值作為當(dāng)前塊的預(yù)�(cè)�(yùn)�(dòng)矢量。如�2所��

匹配塊分布

  �(shè)�(dāng)前要編碼塊E的運(yùn)�(dòng)矢量為MVp。如果運(yùn)�(dòng)矢量的值MVp≥T,則與E塊相鄰的各塊間運(yùn)�(dòng)的相�(guān)性較�,表明該區(qū)域的變化比較平緩;如果運(yùn)�(dòng)矢量的值MVp<T,則與E塊相鄰的各塊間運(yùn)�(dòng)的相�(guān)性較�,表明該區(qū)域變化比較劇�。通過�(duì)missa、grandmother、carphone、salesman的檢�(cè)可知,取閾值T=2�

  3 自適�(yīng)�(yùn)�(dòng)估計(jì)算法

  �(jié)合上述DCS算法和閾值的確定,可采取先對(duì)視頻圖像的運(yùn)�(dòng)塊�(jìn)行閾值的判斷,再根據(jù)判斷�(jié)果�(jìn)行匹配塊的搜�。具體搜索步驟描述如下:

  Step 1:判斷當(dāng)前塊�(yùn)�(dòng)矢量MVp和閾值確大小。若MVp≥T,則�(jìn)入Step 2;若MVp<T,則�(jìn)入Step 5�

  Step 2:用LDCSP在搜索區(qū)域中心及周圍8�(gè)�(diǎn)�(jìn)行匹配運(yùn)�,然后判�,找出MBD�(diǎn)。若MBD�(diǎn)位于中心�(diǎn),說明宏塊是靜止�,DCS算法一步結(jié)�,得到匹配塊;否則�(jìn)行Step 3�

  Step 3:若MBD�(diǎn)為L(zhǎng)DCSP模版的小十字�,以該點(diǎn)為中心構(gòu)建SDCSP�(jìn)行匹配計(jì)�,若MBD�(diǎn)位于中心�(diǎn),所得MBD�(diǎn)為所�。否�,�(jìn)入Step 4�

  Step 4:若MBD�(diǎn)為L(zhǎng)DCSP模版的大十字�,以該點(diǎn)為中心構(gòu)建LCSP�(jìn)行匹配計(jì)算,�(jìn)入step 2�

  Step 5:用LDCSP在搜索區(qū)域中心及周圍5�(gè)�(diǎn)�(jìn)行匹配運(yùn)�,然后判�,找出MBD�(diǎn)。若MBD�(diǎn)位于中心�(diǎn),所得MBD�(diǎn)為所�;否則繼�(xù)Step 5。算法流程圖如圖3所示�

算法流程圖

  4 �(shí)�(yàn)�(jié)果及說明

  用搜索時(shí)間和PSNR值兩�(gè)指標(biāo)來驗(yàn)證DCS的性能。本節(jié)�(shí)�(yàn)用到的所有視頻文件均為QCIF(Quartet commonintermediate format)格式。實(shí)�(yàn)以主�1�8GHz的PC�(jī)上運(yùn)行的VisualC++6�0為平�(tái)。測(cè)試對(duì)象為:missa、salesman、news、grandmother、foreman、carphone、claire,搜索范圍為16×16的矩形框,量化范圍為2�12,測(cè)試序列中每幀圖像的大小為176×144�

  4�1 搜索�(shí)間的比較

  為了�(shí)間測(cè)試的�(zhǔn)確�,測(cè)試時(shí)采用的是VC++提供的兩�(gè)精確�(shí)間函�(shù):QueryPerformanceFrequency()和OuerPerformanceCounter()精度�(duì)�(biāo)�(zhǔn)�(cè)試序列missa、salesman、news、grandmother、foreman、carphone�(jìn)行精確測(cè)�,得�1(�(shù)�(jù)均為三次�(cè)量所求得的平均�)�

搜索時(shí)間測(cè)試結(jié)果

  從表1可知:a.FS搜索效果,但耗時(shí)太長(zhǎng);DS算法有較大改�(jìn),可以實(shí)�(xiàn)�(shí)�(shí)壓縮;DCS比DS,運(yùn)行時(shí)間都有不同程度的減少,故DCS算法在搜索速度有優(yōu)�(shì)。b.從單�(gè)序列來看,DCS算法�(duì)missa和salesman�(shí)間優(yōu)化最為顯�,分別只占FS算法�7�42%�7�50%和DS算法�98�17��97�49�;對(duì)carphone序列的搜索速度也有很大�(yōu)�,占FS搜索算法�7�97%和DS算法�97�82%。綜合視頻特性可知:DCS算法針對(duì)�(yùn)�(dòng)平緩的視頻對(duì)象搜索速度�(yōu)化明��

psnr值比較

  4�2 信噪比的比較

  �(duì)�(biāo)�(zhǔn)�(cè)試序列claire和carphone序列�(jìn)行測(cè)�,計(jì)算PSNR得表2�

  �2中FS的平均PSNR,達(dá)�42�38,但搜索�(shí)間最�(zhǎng);DS的PSNR,為42�31,而DCS�42�35,高于DS算法,且僅低于FS算法0�03dB。從單�(gè)序列來看,DCS算法�(duì)claire的優(yōu)化程度,超過了FS的PSNR�,說明DCS算法身體靜止僅面部表情運(yùn)�(dòng)特點(diǎn)視頻適用。用DCS算法�(jì)算得到的carphone的PSNR值雖然低于FS算法,但高于DS算法;missa序列的DCS算法的PSNR值和FS、DS法的相差不大。故DCS算法在搜索速度、圖像質(zhì)量上均有保證�

  5 �(jié)束語(yǔ)

  本文從搜索時(shí)間和圖像�(zhì)�?jī)煞矫�?duì)各種塊匹配運(yùn)�(dòng)估計(jì)算法�(jìn)行了性能分析比較。實(shí)�(yàn)�(jié)果表明,將菱形十字交叉搜索算法和閾值判斷結(jié)�,在搜索速度方面,有很大程度的優(yōu)�,而且能得到與FS、DS搜索算法相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)�。DCS算法針對(duì)�(yùn)�(dòng)平緩的視頻作用明顯,由此推知該算法適用于電視電話、遠(yuǎn)程教育等�(shí)�(shí)視頻壓縮�

與AVS視頻�(biāo)�(zhǔn)核心技�(shù)比較

  視頻編碼技�(shù)在過去幾年最重要的發(fā)展之一是由ITU和ISO/IEC的聯(lián)合視頻小� (JVT)開發(fā)了H.264/MPEG-4 AVC[8]�(biāo)�(zhǔn)。在�(fā)展過程中,業(yè)界為這種新標(biāo)�(zhǔn)取了許多不同的名�。ITU�1997年開始利用重要的新編碼工具處理H.26L(長(zhǎng)期),結(jié)果令人鼓�,于是ISO決定�(lián)手ITU組建JVT并采用一�(gè)通用的標(biāo)�(zhǔn)。因�,大家有�(shí)�(huì)聽到有人將這項(xiàng)�(biāo)�(zhǔn)稱為JVT,盡管它并非正式名稱。ITU�2003�5月批�(zhǔn)了新的H.264�(biāo)�(zhǔn)。ISO�2003�10 月以MPEG-4 Part 10、視頻編碼或AVC的名稱批�(zhǔn)了該�(biāo)�(zhǔn)�

  H.264 �(shí)�(xiàn)的改�(jìn)�(chuàng)造了新的市場(chǎng)�(jī)�

  H.264/AVC在壓縮效率方面取得了巨大突破,一般情況下�(dá)到MPEG-2及MPEG-4�(jiǎn)化類壓縮效率的大�2倍。在JVT�(jìn)行的正式�(cè)試中,H.264�85�(gè)�(cè)試案例中�78%的案例�(shí)�(xiàn)1.5倍以上的編碼效率提高�77%的案例中達(dá)�2倍以上,部分案例甚至高達(dá)4�。H.264 �(shí)�(xiàn)的改�(jìn)�(chuàng)造了新的市場(chǎng)�(jī)�,如�600Kbps的VHS品質(zhì)視頻可以通過ADSL線路�(shí)�(xiàn)視頻�(diǎn)�;高清晰電影無需新的激光頭即可適應(yīng)普� DVD�

  H.264�(biāo)�(zhǔn)化時(shí)支持三�(gè)類別:基本類、主類及�(kuò)展類。后來一�(xiàng)稱為高保真范圍擴(kuò)� (FRExt)的修訂引入了稱為類的4�(gè)附加�。在初期主要是基本類和主類引起了大家的興�?;绢惤档土�?jì)算及系統(tǒng)�(nèi)存需�,而且針對(duì)低時(shí)延�(jìn)行了�(yōu)�。由于B幀的內(nèi)在時(shí)延以及CABAC的計(jì)算復(fù)雜性,因此它不包括這兩�?;绢惙浅_m合可視電話應(yīng)用以及其他需要低成本�(shí)�(shí)編碼的應(yīng)用�

  主類提供的壓縮效�,但其要求的處理能力也比基本類高許多,因此使其難以用于低成本�(shí)�(shí)編碼和低�(shí)延應(yīng)�。廣播與�(nèi)容存�(chǔ)�(yīng)用對(duì)主類最感興�,它們是為了盡可能以的比特率獲得的視頻質(zhì)��

  盡管H.264采用與舊�(biāo)�(zhǔn)相同的主要編碼功�,不過它還具有許多與舊標(biāo)�(zhǔn)不同的新功能,它們一起實(shí)�(xiàn)了編碼效率的提高。其主要差別,概述如下:

  幀�(nèi)�(yù)�(cè)與編碼:H.264采用空域幀�(nèi)�(yù)�(cè)技�(shù)來預(yù)�(cè)相鄰塊鄰近像素的Intra-MB中的像素。它�(duì)�(yù)�(cè)殘差信號(hào)和預(yù)�(cè)模式�(jìn)行編碼,而不是編碼塊中的�(shí)際像�。這樣可以顯著提高幀�(nèi)編碼效率�

  幀間預(yù)�(cè)與編碼:H.264中的幀間編碼采用了舊標(biāo)�(zhǔn)的主要功能,同時(shí)也增加了靈活性及可操作�,包括適用于多種功能的幾種塊大小選項(xiàng),如:運(yùn)�(dòng)�(bǔ)�、四分之一像素�(yùn)�(dòng)�(bǔ)�、多參考幀、通用 (generalized)雙向�(yù)�(cè)和自適應(yīng)�(huán)路去塊�

  可變矢量塊大?。涸试S采用不同塊大小執(zhí)行運(yùn)�(dòng)�(bǔ)�??梢詾樾�?(4的塊傳輸單�(gè)�(yùn)�(dòng)矢量,因此在雙向�(yù)�(cè)情況下可以為單�(gè)MB傳輸多達(dá)32�(gè)�(yùn)�(dòng)矢量。另外還支持16(8�8(16�8(8�8(4�4(8的塊大小。降低塊大小可以提高�(yùn)�(dòng)�(xì)節(jié)的處理能�,因而提高主觀�(zhì)量感受,包括消除較大的塊化失��

  四分之一像素�(yùn)�(dòng)估計(jì):通過允許半像素和四分之一像素�(yùn)�(dòng)矢量分辨率可以改善運(yùn)�(dòng)�(bǔ)償�

  多參考幀�(yù)�(cè)�16�(gè)不同的參考幀可以用于幀間編�,從而可以改善視頻質(zhì)量的主觀感受并提高編碼效�。提供多�(gè)參考幀還有助于提高H.264位流的容�(cuò)能力。值得注意的是,這種特性會(huì)增加編碼器與解碼器的�(nèi)存需�,因?yàn)楸仨氃趦?nèi)存中保存多�(gè)參考幀�

  自適�(yīng)�(huán)路去塊濾波器:H.264采用一種自適應(yīng)解塊濾波器,它會(huì)在預(yù)�(cè)回路�(nèi)�(duì)水平和垂直區(qū)塊邊緣�(jìn)行處�,用于消除塊�(yù)�(cè)誤差造成的失真。這種濾波通常是基�4(4塊邊界為�(yùn)算基�(chǔ),其中邊界各邊的3�(gè)像素可通過4�(jí)濾波器�(jìn)行更��

  整數(shù)變換:采用DCT的早期標(biāo)�(zhǔn)必須為逆變換的固點(diǎn)�(shí)施來定義舍入誤差的容差范�。編碼器與解碼器之間� IDCT 精度失配造成的漂移是�(zhì)量損失的根源。H.264利用整數(shù)4(4空域變換解決了這一問題——這種變換是DCT的近似��4(4的小區(qū)塊還有助于減少阻塞與振鈴失真�

  量化與變換系�(shù)掃描:變換系�(shù)通過�(biāo)量量化方式得到量�,不�(chǎn)生加大的死區(qū)。與之前的標(biāo)�(zhǔn)類似,每�(gè)MB都可選擇不同的量化步�(zhǎng),不過步�(zhǎng)以大�12.5%的�(fù)合速率增加,而不是固定遞�。同�(shí),更精細(xì)的量化步�(zhǎng)還可以用于色度成�,尤其是在粗劣量化光度系�(shù)的情況下�

  熵編碼:與根�(jù)所涉及的數(shù)�(jù)類型提供多�(gè)靜態(tài)VLC表的先前�(biāo)�(zhǔn)不同,H.264針對(duì)變換系數(shù)采用上下文自適應(yīng)VLC,同�(shí)針對(duì)所有其他符�(hào)采用�(tǒng)一的VLC (UniversalVLC)方法。主類還支持新的上下文自適應(yīng)二�(jìn)制算�(shù)編碼� (CABAC)。CAVLC�(yōu)于以前的VLC�(shí)�,不過成本卻比VLC��

  CABAC利用編碼器和譯碼器的�(jī)率模型來處理所有語(yǔ)法元� (syntax elements),包括:變換系數(shù)和運(yùn)�(dòng)矢量。為了提高算�(shù)編碼的編碼效率,基本概率模型通過一種稱為上下文建模的方法對(duì)視頻幀�(nèi)不斷變換的統(tǒng)�(jì)�(jìn)行適�(yīng)。上下文建模分析提供編碼符號(hào)的條件概率估�(jì)值。只要利用適�(dāng)?shù)纳舷挛哪�?,就能根?jù)待編碼符�(hào)周圍的已編碼符號(hào),在不同的概率模型間�(jìn)行切�,�(jìn)而充份利用符�(hào)間的冗余性。每�(gè)�(yǔ)法元素都可以保持不同的模型(例如,運(yùn)�(dòng)矢量和變換系�(shù)具有不同的模型)。相較于VLC熵編碼方� (UVLC/CAVLC),CABAC 能多節(jié)�10%bit速率�

  加權(quán)�(yù)�(cè):它利用前向和后向預(yù)�(cè)的加�(quán)總和建立�(duì)雙向�(nèi)插宏模塊的預(yù)�(cè),這樣可以提高�(chǎng)景變化時(shí)的編碼效�,尤其是在衰落情況下�

  保真度范圍擴(kuò)展:2004�7月,H.264�(biāo)�(zhǔn)增加了稱為保真度范圍�(kuò)� (FRExt) [11]的新修訂。這次�(kuò)展在H.264中添加了一整套工具,而且允許采用附加的色域、視頻格式和位深�。另外還增加了對(duì)無損幀間編碼與立體顯示視頻的支�。FRExt修訂版在H.264中引入了4種新�,即�

  ?High Profile (HP):用于標(biāo)�(zhǔn) 4:2:0色度采樣,每分量8位彩�。此類引入了新的工具—� 隨后詳述�

  ?High 10 Profile (Hi10P):用于更高清晰度視頻顯示的標(biāo)�(zhǔn) 4:2:0 色度采樣�10位彩色�

  ?High 4:2:2 10 bit color profile (H422P):用于源編輯功能�

  ?High 4:4:4 12 bit color profile (H444P):品�(zhì)的源編輯與色彩保真度,支持視頻區(qū)域的無損編碼以及與新的整�(shù)色域變換(從RGB到Y(jié)UV及黑色)�

  在新的應(yīng)用領(lǐng)域中,H.264 HP�(duì)廣播與DVD尤為有利。某些試�(yàn)顯示出H.264 HP的性能比MPEG2 提高�3�。下面介紹H.264 HP中引入的主要附加工具�

  自適�(yīng)殘差塊大小與整數(shù)8(8變換:用于變換編碼的殘差塊可以在8(8�4(4之間切換。引入了用于8(8塊的�16位整�(shù)變換。較小的塊仍然可以采用以前的4(4變換�

  8(8亮度幀�(nèi)�(yù)�(cè):增加了8種模�,除之前�16(16�4(4塊以外,使亮度內(nèi)部宏模塊還能�?qū)?(8塊�(jìn)行幀�(nèi)�(yù)�(cè)�

  量化加權(quán):用于量�8(8變換系數(shù)的新量化加權(quán)矩陣�

  單色:支持黑/白視頻編碼�

  AVS

  2002 �,中�(guó)信息�(chǎn)�(yè)部成立的音視頻技�(shù)�(biāo)�(zhǔn) (AVS)工作組宣布準(zhǔn)備針�(duì)移動(dòng)多媒�、廣�、DVD等應(yīng)用編寫一份國(guó)家標(biāo)�(zhǔn)。該視頻�(biāo)�(zhǔn)稱為AVS [14],由兩�(gè)相關(guān)部分組成針對(duì)移動(dòng)視頻�(yīng)用的AVS-M和針�(duì)廣播與DVD的AVS1.0。AVS�(biāo)�(zhǔn)與H.264相似�

  AVS1.0同時(shí)支持隔行和逐行掃描模式。AVS中P幀可以利用2幀的前向參考幀,同�(shí)允許B幀采用前后各一�(gè)幀。在隔行模式下,4�(gè)�(chǎng)可以用作參�??梢詢H在幀�(jí)�(zhí)行隔行模式中的幀/場(chǎng)編碼,這一�(diǎn)與H.264不同,其中允許此選項(xiàng)的MB�(jí)自適�(yīng)。AVS具有與H.264相似的環(huán)路濾波器,可以在幀�(jí)�(guān)�。另外,B幀還無需�(huán)路濾波器。幀�(nèi)�(yù)�(cè)是以8(8塊為單位�(jìn)�。MC允許�(duì)亮度塊�(jìn)�1�4象素�(bǔ)償。ME的塊大小可以�16(16�16(8�8(16�8(8。變換方式是基于16位的8(8整數(shù)變換(與WMV9相似�。VLC是基于上下文自適�(yīng)2D�(yùn)行/�(jí)別編�。采�4�(gè)不同的Exp-Golomb編碼。用于每�(gè)已量化系�(shù)的編碼自適應(yīng)到相�8(8塊中前面的符�(hào)。由于Exp-Golomb表是參數(shù)化的�,因此表較小。用于逐行視頻序列的AVS 1.0的視頻質(zhì)量在相同比特率時(shí)稍遜于H.264主類�

  AVS-M主要針對(duì)移動(dòng)視頻�(yīng)�,與H.264基本�(guī)范存在交叉。它僅支持逐行視頻、I與P幀,不支持B幀。主要AVS-M編碼工具包括基于4(4塊的幀�(nèi)�(yù)�(cè)�1/4象素�(yùn)�(dòng)�(bǔ)�、整�(shù)變換與量�、上下文自適�(yīng)VLC以及高度�(jiǎn)化的�(huán)路濾波器。與H.264基本�(guī)范相似AVS-M中的�(yùn)�(dòng)矢量塊大小降�4(4,因此MB可擁有多�(dá)16�(gè)�(yùn)�(dòng)矢量。采用多幀�(yù)�(cè),但僅支�2�(gè)參考幀。此�,AVS-M中還定義了H.264 HRD/SEI消息的子集。AVS-M的編碼頻率約�0.3dB,在相同�(shè)置下稍遜于H.264基本�(guī)�,而解碼器的復(fù)雜性卻降低了大�20��

  H.264和AVS的背�

  H.264/MPEG-4AVC是ITU-T的VCG(Video Coding Experts Group)和ISO/IEC的MPEG(Moving Picture Experts Group)�(lián)合開�(fā)的新一代視頻編碼標(biāo)�(zhǔn)。應(yīng)用范圍包括可視電�、視頻會(huì)議等。H.264的主要特色就是極大得提高了壓縮率,是MPEG-2及MPEG-4壓縮效率的一倍以上。H.264核心技�(shù)與之前標(biāo)�(zhǔn)相同,仍采用基于�(yù)�(cè)變換的混合編碼框�,但是在�(xì)節(jié)的實(shí)�(xiàn)上有很大不同,就是細(xì)節(jié)上的改�(jìn)�(dǎo)致壓縮效率極大得提高。而且新一代視頻編碼標(biāo)�(zhǔn)H.264具有良好的網(wǎng)�(luò)適應(yīng)性和容錯(cuò)等特�(diǎn)�

  AVS的誕生可以說是一�(gè)歷史的機(jī)�,面�(duì)H.264以及MPEG-2等標(biāo)�(zhǔn)高額的專利費(fèi),我�(guó)�(shù)字視頻產(chǎn)�(yè)面臨�(yán)重挑�(zhàn)。加上我�(guó)致力于提高國(guó)�(nèi)�(shù)字音視頻�(chǎn)�(yè)的核心競(jìng)�(zhēng)�,由�(guó)家信息產(chǎn)�(yè)部科�(xué)技�(shù)司于2006�6月批�(zhǔn)成立了“數(shù)字音視頻編解碼技�(shù)�(biāo)�(zhǔn)工作組�,聯(lián)合國(guó)�(nèi)從事�(shù)字音視頻編解碼技�(shù)研發(fā)的科研機(jī)�(gòu)和企�(yè),針�(duì)我國(guó)音視頻產(chǎn)�(yè)的需�,提出了我國(guó)自主知識(shí)�(chǎn)�(quán)的信源編碼標(biāo)�(zhǔn)―――《信息技�(shù) 先�(jìn)音視頻編碼》系列標(biāo)�(zhǔn),簡(jiǎn)稱AVS(audio video coding standard).自主的AVS�(biāo)�(zhǔn)在技�(shù)和性能上處于國(guó)際先�(jìn)水平,如果抓住這次�(jī)�,我�(guó)在技�(shù)-專利-�(biāo)�(zhǔn)-芯片-系統(tǒng)-產(chǎn)�(yè)這�(gè)�(chǎn)�(yè)鏈上,就有可能具有全面的主動(dòng)�(quán)�

  H.264和AVS核心技�(shù)分析及對(duì)�

  H.264和以前的�(biāo)�(zhǔn)一�,還是采用的混合編碼的框�,AVS視頻�(biāo)�(zhǔn)采用了與H.264類似的技�(shù)框架,包括變�、量�、熵編碼、幀�(nèi)�(yù)�(cè)、幀間預(yù)�(cè)、環(huán)路濾波等模塊。他們核心技�(shù)的不同包括以下幾�(diǎn)�

  一、變換和量化

  H.264�(duì)殘差�(shù)�(jù)采用基于塊的變換編碼,去除原始圖像的空間冗余,使圖像能力集中在小部分系數(shù)上,直流系數(shù)值一般來說是�,這樣可以提高壓縮�、增�(qiáng)抗干擾能力。先前標(biāo)�(zhǔn)一般采用DCT變換,這種變換的缺�(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)失配�(xiàn)�,原始數(shù)�(jù)�(jīng)過變換和反變換恢�(fù)后會(huì)有一�(gè)差�,由于是�(shí)�(shù)�(yùn)算計(jì)算量也比較大。H.264采用的是基于4×4塊的整數(shù)變換�

  AVS采用8×8的整�(shù)變換,可以在16位處理器上無失配地實(shí)�(xiàn)。對(duì)高分辨率的視頻圖像去相關(guān)性要�4×4變換有效,采用了64�(jí)量化,可以適�(yīng)不同的應(yīng)用和�(yè)�(wù)�(duì)碼流和質(zhì)量的要求�

  �、幀�(nèi)�(yù)�(cè)

  H.264和AVS技�(shù)都采用幀�(nèi)�(yù)�(cè)的方�,用相鄰的像素預(yù)�(cè)�(dāng)前塊,采用代表空間域紋理的多種預(yù)�(cè)模式。H.264的亮度預(yù)�(cè)�4×4塊和16×16�2種預(yù)�(cè)方式,對(duì)�4×4的塊:從�135度到�22.5度方向加上一�(gè)直流�(yù)�(cè)一共是9種預(yù)�(cè)方向;對(duì)�16×16塊:�4種預(yù)�(cè)方向。色度預(yù)�(cè)�8×8�,有4種預(yù)�(cè)模式,類似于幀�(nèi)16×16�(yù)�(cè)�4種模�,其中DC為模�0、水平為模式1、垂直為模式2、平面為模式3�

  �、幀間預(yù)�(cè)

  H.264幀間預(yù)�(cè)是利用以編碼視頻幀和基于塊的運(yùn)�(dòng)�(bǔ)�?shù)念A(yù)�(cè)模式,與以往�(biāo)�(zhǔn)幀間預(yù)�(cè)的區(qū)別在于塊尺寸范圍更廣、亞像素�(yùn)�(dòng)矢量的使用和多參考幀的運(yùn)��

  H.264�16×16�16×8�8×16�8×8�8×4�4×8�4×4一�8種宏塊及子宏塊劃�,而AVS只有16×16�16×8�8×16�8×8一�4種宏塊劃分方式�

  H.264支持使用多�(gè)不同的參考幀�(duì)幀間宏塊和片�(jìn)行預(yù)�(cè),AVS中P幀可以利用至多2幀的前向參考幀,B幀采用前后各一�(gè)參考幀�

  四、熵編碼

  H.264制定了基于信息量的熵編碼效率,一種是�(duì)所有的待編碼的符號(hào)采用�(tǒng)一的可變長(zhǎng)編碼(UVLC),另一種是采用基于�(nèi)容的自適�(yīng)二�(jìn)制算�(shù)編碼(CABAC, Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding�,大大減少了塊編碼相�(guān)性冗�,提高了編碼效率。UVLC�(jì)算復(fù)雜度較低,主要針�(duì)�(duì)編碼�(shí)間很�(yán)格的�(yīng)�,缺�(diǎn)就是效率�,碼率較�。CABAC是一種效率很高的熵編碼方�,其編碼效率比UVLC編碼�50%�

  AVS熵編碼采用自適應(yīng)變長(zhǎng)編碼技�(shù)。在AVS熵編碼過程中,所有的�(yǔ)法元素和殘差�(shù)�(jù)都是以指�(shù)哥倫布碼的形式映射成二�(jìn)制比特流�

  采用指數(shù)哥倫布碼的�(yōu)�(shì)在于:一方面,它的硬件復(fù)雜度比較�,可以根�(jù)閉合公式解析碼子,無需查表;另一方面,它可以根據(jù)編碼元素的概率分布靈活地確定以K階指�(shù)哥倫布碼編�,如果K選得恰當(dāng),則編碼效率可以逼近信息��

  �(duì)�(yù)�(cè)殘差的塊變換系數(shù),經(jīng)掃描形成(level、run)對(duì)�,level、run不是�(dú)立事�,而存在著很強(qiáng)的相�(guān)�,在AVS中l(wèi)evel、run采用二維�(lián)合編�,并根據(jù)�(dāng)前l(fā)evel、run的不同概率分布趨�(shì),自適應(yīng)改變指數(shù)哥倫布碼的階數(shù)�

  另外,在AVS中沒有SI、SP幀??梢赃@樣說,AVS是在H.264的基�(chǔ)上發(fā)展起來的,吸收了H.264的精�,但為了繞過專利的困�,又不得不放棄H.264的一些核心算�。換

  來的代價(jià)就是,編碼效率稍微降低一�(diǎn)的情況下,復(fù)雜度極大得降低了�

  AVS是我�(guó)自主知識(shí)�(chǎn)�(quán)的標(biāo)�(zhǔn),現(xiàn)在還沒有大規(guī)模使�,處在起步階段。大多數(shù)企業(yè)處于觀望狀�(tài),沒有資金大量投�,面臨重重困�,但是它的廣闊前景是不容忽視的,又有�(guó)家的大力支持,一定會(huì)�(fā)展的更加完美�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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