视频编码标准的发展概括:从H.261到H.264

2009-04-27 08:56:57来源:比特网论坛 作者:阿甘热度:

数字视频技术广泛应用于通信、计算机、广播电视等领域,带来了会议电视、可视电话及数字电视、媒体存储等一系列应用,促使了许多视频编码标准的产生。ITU-T与ISO/IEC是制定视频编码标准的两大组织,ITU-T的标准包括H.261、H.263、H.264,主要应用于实时视频通信领域,如会议电视;MPEG系列标准是由ISO/IEC制定的,主要应用于视频存储(DVD)、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。两个组织也共同制定了一些标准,H.262标准等同于MPEG-2的视频编码标准,而最新的H.264标准则被纳入MPEG-4的第10部分。

  本文按照ITU-T视频编码标准的发展过程,介绍H.261、H.263及H.264。

  H.261视频编码标准

  H.261是ITU-T为在综合业务数字网(ISDN)上开展双向声像业务(可视电话、视频会议)而制定的,速率为64kb/s的整数倍。H.261只对CIF和QCIF两种图像格式进行处理,每帧图像分成图像层、宏块组(GOB)层、宏块(MB)层、块(Block)层来处理。

  H.261是最早的运动图像压缩标准,它详细制定了视频编码的各个部分,包括运动补偿的帧间预测、DCT变换、量化、熵编码,以及与固定速率的信道相适配的速率控制等部分。

  H.263视频编码标准

  H.263是最早用于低码率视频编码的ITU-T标准,随后出现的第二版(H.263+)及H.263++增加了许多选项,使其具有更广泛的适用性。

  H.263视频压缩标准

  H.263是ITU-T为低于64kb/s的窄带通信信道制定的视频编码标准。它是在H.261基础上发展起来的,其标准输入图像格式可以是S-QCIF、QCIF、CIF、4CIF或者16CIF的彩色4∶2∶0亚取样图像。H.263与H.261相比采用了半象素的运动补偿,并增加了4种有效的压缩编码模式。

  无限制的运动矢量模式允许运动矢量指向图像以外的区域。当某一运动矢量所指的参考宏块位于编码图像之外时,就用其边缘的图像象素值来代替。当存在跨边界的运动时,这种模式能取得很大的编码增益,特别是对小图像而言。另外,这种模式包括了运动矢量范围的扩展,允许使用更大的运动矢量,这对摄像机运动特别有利。

  基于句法的算术编码模式使用算术编码代替霍夫曼编码,可在信噪比和重建图像质量相同的情况下降低码率。

  先进的预测模式允许一个宏块中4个8×8亮度块各对应一个运动矢量,从而提高了预测精度;两个色度块的运动矢量则取这4个亮度块运动矢量的平均值。补偿时,使用重叠的块运动补偿,8×8亮度块的每个象素的补偿值由3个预测值加权平均得到。使用该模式可以产生显著的编码增益,特别是采用重叠的块运动补偿,会减少块效应,提高主观质量。

  PB-帧模式规定一个PB-帧包含作为一个单元进行编码的两帧图像。PB-帧模式可在码率增加不多的情况下,使帧率加倍。

  H.263视频压缩标准版本2

  ITU-T在H.263发布后又修订发布了H.263标准的版本2,非正式地命名为H.263+标准。它在保证原H.263标准核心句法和语义不变的基础上,增加了若干选项以提高压缩效率或改善某方面的功能。原H.263标准限制了其应用的图像输入格式,仅允许5种视频源格式。H.263+标准允许更大范围的图像输入格式,自定义图像的尺寸,从而拓宽了标准使用的范围,使之可以处理基于视窗的计算机图像、更高帧频的图像序列及宽屏图像。

  为提高压缩效率,H.263+采用先进的帧内编码模式;增强的PB-帧模式改进了H.263的不足,增强了帧间预测的效果;去块效应滤波器不仅提高了压缩效率,而且提供重建图像的主观质量。

  为适应网络传输,H.263+增加了时间分级、信噪比和空间分级,对在噪声信道和存在大量包丢失的网络中传送视频信号很有意义;另外,片结构模式、参考帧选择模式增强了视频传输的抗误码能力。

  H.26

责任编辑:DVBCN编辑部

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