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关于高级视频编码(AVC)技术

浏览:2789  来源:通信人在线  日期:2007-06-15
 

高级视频编码(AVCAdvanced Video Coding)技术,是由ITU-T的视频编码专家组(VCEGVideo Coding Experts Group)和ISO/IEC的运动图像专家组(MPEGMoving Picture Coding Experts Group)组成的联合视频组(JVTJoint Video Team)共同开发的,是一种高度压缩的数字视频编解码器标准(该标准第一版的最终草案是在20035月完成)。为此,两个标准化组织分别以自己的标准名称命名格式进行了发布,ITU-TH.26x系列来命名,名称为H.264ISO/IECMPEG-4 10部分来命名,正式名称为ISO/IEC 14496-10。于是乎,这个采用了AVC的高度压缩数字视频编解码器标准的名称多了起来,H.264/AVC、或者AVC/H.264、或者H.264/MPEG-4 AVC、或者MPEG-4/H.264 AVC,等等,也有称之为“JVT编解码器”的。其实,作为两个机构合作开发同一个标准的事情并非空前,之前的视频编码标准MPEG-2也是由MPEGITU-T两方合作开发的,因此MPEG-2ITU-T的命名规范中被称之为H.262

该标准最早来自于ITU-T的称之为H.26L的项目的开发。H.26L这个名称虽然不常见,但是一直被使用着。开发H.26L项目的目的,是为了通过采用“Back-To-Basics”方法,开发出一种基于通用模块的,简单直接的高性能视频编码标准。H.26L标准的开发工作起始是由ITU-T视频编码专家组(VCEG)发起的,开始于1997年。到2001年年底,他们发现,基于H.26L的软件所能提供的视频质量,就是现有的最好的基于MPEG-4的软件也无法与之媲美。于是,ISO/IEC MPEGITU-T VCEG结合起来组成了一个联合视频开发组(JVT),接管了H.26L项目。JVT希望建立一个唯一的视频编码标准,同时使其成为MPEG-4标准家族和ITU-T建议家族的新成员。

H.264/AVC项目最初的目标是希望新的编解码器能够在比相对以前的视频标准(如MPEG-2或者H.263)低很多的码率下(比如说,一半或更少)提供很好的视频质量,将带宽需求从H.263+所需的320kbps降低到160kbps;同时,又不增加很多复杂的编码工具,使得硬件难以实现。另外一个目标是可适应性,即该编解码器能够在一个很广的范围内使用(即包含高码率也包含低码率,以及不同的视频分辨率),并能在各种网络和系统上(如组播DVD存储、RTP/IP包网络、ITU-T多媒体电话系统)工作。后来,JVT完成了一个对原标准的拓展,该拓展被称高精度拓展Fidelity Range ExtensionsFRExt)。该拓展通过支持更高的像素精度(包括10比特和12比特像素精度)和支持更高的色度精度,以支持更高精度的视频编码。该拓展加入了一些新的特性(比如自适应的4x48x8的整数变换、用户自定义量化加权矩阵、高效的帧间无失真编码、支持新的色度空间和色度参差变换)。

此外,许多视频会议解决方案为了保证视频质量令人满意,仍在采用二次(two-pass)编码方式,但这种编码方法会为会议呼叫引入令人讨厌的延时。H.264/AVC则保证了即使只采用一次性(one pass)编码仍能得到优秀的视频信号,这样做也就降低了二次编码方法中的处理延时。尽管在目前,大多数视频会议呼叫都发生在本地专用网上,但在分组传输中仍然会出现一定程度的分组丢失。H.264/AVC具备的编码端的误差处理能力和在解码端的隐藏错误的能力使其即使在分组丢失率很高的情况下也能有效对抗这种分组丢失。

H.264/AVC定义了三种视频服务类型,即会话型服务,如可视电话、视频会议等;现场或先期录制的视频流型服务;多媒体消息类服务MMS。为适应NGN IP网络及带宽资源有限的时变型移动/无线信道的传输需要,H.264/AVC无论从压缩编码效率、视频内容自适性处理能力方面及网络层面,特别是对IP网络及移动网络的自适应处理能力、抗干扰能力与顽健性等方面,相比H.263/MPEG-4均有大幅度提高。H.264/AVCH.263可节省一半的带宽而维持同等视频图像质量或有3dB等效信噪比改进确有其巨大魅力。

H.264/AVC标准中包含了一些能够使其区别于现有的一些其它标准的特点,如:

1)对位率的节约高达50%。在大多数位率的情况下,当编码优化程度接近时,H.264/AVCH.263v2(即20051月的新版)或MPEG-4简化版相比,H.264/AVC可以允许位率的降低程度平均达到50%

2)可提供高质量的视频信号。H.264/AVC即使在位率很低的情况下也能提供质量稳定的视频信号。

3)对延时约束的适应性较强。当用于实时通信应用中(例如视频会议)时,H.264/AVC可以以低延时模式工作,而应用于对延时没有要求的应用中(例如视频存储)时,H.264/AVC又可以以较高的效率处理延时。

4)具有误差处理能力。在分组网络中出现分组丢失时或在较易出错的无线网络中出现误码时,H.264/AVC能够提供处理这类问题所必需的工具。

5)网络非常友好。H.264/AVC中,有一个新的特性,那就是视频编码层和网络适配层从概念上分离开来。视频编码层用于对视频图像的内容进行高比压缩,而网络适配层用于根据用户所使用的网络类型的不同,将压缩后的信息打包。这使得分组过程变得更加灵活和简单,同时也改善了对信息优先权的控制情况。

H.264/AVC标准在具体技术细节上所具备的新功能特性详见附录1

附录1H.264/AVC标准在具体技术细节上所具有的新功能特性

H.264/AVC的实现方法和以前的那些标准(例如H.263MPEG-4)中所用到的方法差别并不显著,它包含以下四个主要步骤:

首先,将每个视频帧分成像素块,于是,对视频帧的处理可以建立在处理像素块的基础上。其次,通过进行变换、量化和熵编码(或可变长度编码),对一些原始像素块编码,从而将视频帧中的空间冗余度利用起来。然后,只对连续帧之间出现的变化进行编码,从而充分利用连续帧之间存在的时间冗余度。这个过程是通过运动估值和补偿来实现的。最后,对余差模块编码,也就是说,通过变换、量化和熵编码对原始模块和相应的预测模块之间的差异进行编码,从而充分利用视频帧内剩余的空间冗余度。

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