h.264壓縮算法詳解

1、H.264壓縮算法詳解壓縮算法詳解H.264是一種視頻高壓縮技術(shù)，全稱是MPEG4AVC，用中文說(shuō)是“活動(dòng)圖像專家組4的高等視頻編碼”，或稱為MPEG4Part10。它是由國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)化部門ITUT和規(guī)定MPEG的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC共同制訂的一種活動(dòng)圖像編碼方式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)格式，這是我們叫慣了的MPEG中的一種，那為什么叫H.264呢？原來(lái)國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)化部門從1998年就H.26L的H.26S兩個(gè)分組，前者研制節(jié)目時(shí)間

2、較長(zhǎng)的高壓縮編碼技術(shù)，后者則指短節(jié)目標(biāo)準(zhǔn)制訂部門。H.26S的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的名稱為H.263，聽起來(lái)很耳生，但實(shí)質(zhì)上卻早在用了，還被罵得很激烈。因?yàn)椋琀.263先入為大，一直以MPEG4大內(nèi)涵的名字在用。H.263的全稱為MPEG4Visual或MPEG4PallⅡ，即MPEG4視頻簡(jiǎn)單層面的基礎(chǔ)編碼方式。2001年后，國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)化部門ITUT和MPEG的上級(jí)組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議IEC成立了聯(lián)合視頻組JVT，在H.2

3、6L基礎(chǔ)進(jìn)行H.264的標(biāo)準(zhǔn)化。2002年12月9日~13日，在日本香川縣淡路島舉行的MPEG聚會(huì)上確定了相關(guān)技術(shù)的規(guī)格。規(guī)格書定稿后，2003年3月17日，H.364的技術(shù)格式最終稿國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格（FDIS）被確立。目前軟件和LSI芯片，服務(wù)及設(shè)備也都進(jìn)入了使用階段。格式書中，列出了比特流規(guī)定，解碼必要格式，和可供參考的編碼記載。為了不引起誤解，ITUT推薦使用H.264作為這一標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱。實(shí)際上，MPEG4里還有MPEG4Audi

4、o和MPEG4System的不同規(guī)格。MPEG4挨罵是因?yàn)镸PEG4Visual許可收費(fèi)離譜引起的。別以為有了專利就可以隨意向人要錢了，專利的最終目的的是使全社會(huì)的智力資料更合理地使用，防止重復(fù)勞動(dòng)，并不是犒賞最先發(fā)明者。按唯美史觀，當(dāng)社會(huì)技術(shù)發(fā)展到某一階段時(shí)，新技術(shù)必然會(huì)出現(xiàn)。不是你、就是他總會(huì)發(fā)明出來(lái)，只是細(xì)節(jié)、時(shí)間、成本上的微小差別。歷史上，這樣不約而同的發(fā)明很多，無(wú)線電的發(fā)明者是馬可尼還是波波夫，一直在西方和東方技術(shù)史界爭(zhēng)論。而

5、當(dāng)專利技術(shù)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一部份后，問(wèn)題就更加復(fù)雜了。國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制的，向其中的專利付費(fèi)是否有壟斷之嫌？標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)專利請(qǐng)求，是否合理？如何區(qū)分正當(dāng)?shù)恼?qǐng)求和不正當(dāng)?shù)恼?qǐng)求？等等一系列的理論、法律和道德問(wèn)題都出來(lái)了。要尊重專利法，也要遵守反壟斷法。這兩年國(guó)際上圍繞MPEG4收費(fèi)問(wèn)題的大爭(zhēng)論就是由此而起。在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，專利的爭(zhēng)端正在增加，任何黑白兩極的判斷都無(wú)法令人滿意。但奇適應(yīng)了當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平。而現(xiàn)在CPU的工作頻率可上升到3GMz，DRA

6、M用到256MB，提升了30倍上下，運(yùn)算量也不怕。實(shí)驗(yàn)表明在奔騰4處理器的3GHz電腦上，可用軟件實(shí)現(xiàn)D1（72080）格式圖像的H.264實(shí)時(shí)編碼。而且H.264才標(biāo)準(zhǔn)化，運(yùn)算順序還有改善的空間。當(dāng)作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)確立后，還能結(jié)集起全世界的精英來(lái)優(yōu)化處理。這也反應(yīng)出技術(shù)發(fā)展的必然性，唯物史觀。高壓縮率使圖像的數(shù)據(jù)量減少，給存儲(chǔ)和傳輸帶來(lái)了方便。加上基本規(guī)格公開的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和公正的許可制度，所以，電視廣播、家電和通信三大行業(yè)都進(jìn)入到H.264

7、的實(shí)際運(yùn)用研發(fā)中心，見圖1。H.264又一項(xiàng)減少運(yùn)算量的方法是在很多地方引入層次化運(yùn)算，把在矩陣數(shù)據(jù)塊變成小塊運(yùn)算，使計(jì)算式變得更加簡(jiǎn)單，見圖5。在DCT中采用時(shí)，88像素塊層次化到22像素塊，變換就變得快捷。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中也可利用。檢出運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)，最初的模塊大，運(yùn)動(dòng)矢量的檢出范圍大，搜索快捷。當(dāng)檢出到有動(dòng)作的部分再調(diào)入小模塊細(xì)分析。H.264進(jìn)行運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的模板多，一旦先進(jìn)全面檢索，需要的時(shí)間就很長(zhǎng)，運(yùn)算量也大。用層次化處理，先進(jìn)行模板的收

8、縮，接著小范圍檢索，就能減少計(jì)算量。在幀內(nèi)預(yù)測(cè)中利用層次化后，殘差計(jì)算的范圍就能變小，同樣有利于減少計(jì)算量。H.264與MPEG2和MPEG4的不同還存在于糾錯(cuò)編碼塊中，H.264的糾錯(cuò)編碼為內(nèi)容自適應(yīng)可變長(zhǎng)度碼（CAVLC）和內(nèi)容自適應(yīng)二進(jìn)制算法編碼（CABAC），能提高糾錯(cuò)能力。而MPEG2和MPEG4杰霍夫曼編碼。另外，還加入了MPEG2和MPEG4沒(méi)有環(huán)路濾波器，有降低噪聲的效果。H.264的整數(shù)變換以44像素塊為單位，已比原來(lái)

9、的88像素塊的塊噪聲少，再次降低，畫質(zhì)得到了進(jìn)一步提高。從應(yīng)用角度看，H.264有三個(gè)層面，分為主要用于電視會(huì)議等通信的基線層面，面向高畫質(zhì)用途和錄像的主層面以及面向內(nèi)容配送的擴(kuò)展層面。各層面的清晰度和編碼速度取值不同。基線層面的主要技術(shù)為圖像只含有I畫面，P畫面，系統(tǒng)內(nèi)有環(huán)路濾波，14幀間預(yù)測(cè)，4:2:0YUV格式輸入，基于VLC的糾錯(cuò)編碼，彈性宏塊指令等。主要層面則在基線層面基礎(chǔ)上加入了CABAC運(yùn)算編碼技術(shù)和基于雙向預(yù)測(cè)的B畫面，