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来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/04/20 11:04:26
一、视频编码技术的发展历程
视频编码技术基本是由ISO/IEC制定的MPEG-x和ITU-T制定的H.26x两大系列视频编码国际标准的推出。从H.261视频编码建议,到H.262/3、MPEG-1/2/4等都有一个共同的不断追求的目标,即在尽可能低的码率(或存储容量)下获得尽可能好的图像质量。而且,随着市场对图像传输需求的增加,如何适应不同信道传输特性的问题也日益显现出来。于是IEO/IEC和ITU-T两大国际标准化组织联手制定了视频新标准H.264来解决这些问题。
H.261是最早出现的视频编码建议,目的是规范ISDN网上的会议电视和可视电话应用中的视频编码技术。它采用的算法结合了可减少时间冗余的帧间预测和可减少空间冗余的DCT变换的混合编码方法。和ISDN信道相匹配,其输出码率是p×64kbit/s。p取值较小时,只能传清晰度不太高的图像,适合于面对面的电视电话;p取值较大时(如 p>6),可以传输清晰度较好的会议电视图像。H.263 建议的是低码率图像压缩标准,在技术上是H.261的改进和扩充,支持码率小于64kbit/s的应用。但实质上H.263以及后来的H.263+和H.263++已发展成支持全码率应用的建议,从它支持众多的图像格式这一点就可看出,如Sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF甚至16CIF等格式。
MPEG-1标准的码率为1.2Mbit/s左右,可提供30帧CIF(352×288)质量的图像,是为CD-ROM光盘的视频存储和播放所制定的。MPEG-l标准视频编码部分的基本算法与H.261/H.263相似,也采用运动补偿的帧间预测、二维DCT、VLC游程编码等措施。此外还引入了帧内帧(I)、预测帧(P)、双向预测帧(B)和直流帧(D)等概念,进一步提高了编码效率。在MPEG-1的基础上,MPEG-2标准在提高图像分辨率、兼容数字电视等方面做了一些改进,例如它的运动矢量的精度为半像素;在编码运算中(如运动估计和DCT)区分"帧"和"场";引入了编码的可分级性技术,如空间可分级性、时间可分级性和信噪比可分级性等。近年推出的MPEG-4标准引入了基于视听对象(AVO:Audio-Visual Object)的编码,大大提高了视频通信的交互能力和编码效率。 MPEG-4中还采用了一些新的技术,如形状编码、自适应DCT、任意形状视频对象编码等。但是MPEG-4的基本视频编码器还是属于和H.263相似的一类混合编码器。
总之,H.261建议是视频编码的经典之作,H.263是其发展,并将逐步在实际上取而代之,主要应用于通信方面,但H.263众多的选项往往令使用者无所适从。MPEG系列标准从针对存储媒体的应用发展到适应传输媒体的应用,其核心视频编码的基本框架是和H.261一致的,其中引人注目的MPEG-4的"基于对象的编码"部分由于尚有技术障碍,目前还难以普遍应用。因此,在此基础上发展起来的新的视频编码建议H.264克服了两者的弱点,在混合编码的框架下引入了新的编码方式,提高了编码效率,面向实际应用。同时,它是两大国际标准化组织的共同制定的,其应用前景应是不言而喻的。
二、H.264/ AVC的产生
H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(JVT:joint video team)开发的一个新的数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分。1998年1月份开始草案征集,1999年9月,完成第一个草案,2001年5月制定了其测试模式TML-8,2002年6月的 JVT第5次会议通过了H.264的FCD板。2003年3月正式发布。
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(比如MPEG-2或者H.263)低很多的码率下(比如说,一半或者更少)提供很好的视频质量;同时,并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(比如说,即包含高码率也包含低码率,以及不同的视频分辨率),并且能在各种网络和系统上(比如组播,DVD存储,RTP/IP包网络,ITU-T多媒体电话系统)工作。
三、H.264的应用及前景
在标准方面,2004年3月, 日本最大的六家电视广播公司决定采纳AVC/H.264视频编解码标准,用于向移动终端发送数字电视广播,日本电视广播公司预计将在2006年3月以前开始提供面向移动接收的数字地面服务(Terrestrial Digital Service)。
2004年3月 Envivio公司在HNS卫星网络上第一次发布H.264(MPEG-4 AVC) 编码内容。这次直播的源内容采用1.2Mbps码流。传统的MPEG-2系统要用两倍的带宽来提供同等质量的内容。
2004年6月,DVD论坛正式批准了HD_DVD光盘物理格式version 1.0, H.264/MPEG-4 AVC 成为主要的编码格式之一。
2004年9月新一代光盘规格之一的蓝光光盘宣布将正式支持影像编码技术H.264/MPEG-4 AVC。
2004年11月,DVB组织正式批准接纳H.264为下一代SDTV,HDTV编码标准之一。
2003-2004年 H.264被3GPP逐步采纳。
在工业界,到2004年底,业内领前的一些大公司如Cisco、Apple、Envivio、Tandberg、Polycom等陆续发布了支持H.264编码标准的媒体服务平台及解决方案。
Sony、Toshiba等开始发布蓝光高清、HD DVD播放机,并获得好莱坞制片商支持。
而其他半导体公司,Broadcom,Conexant,LSI logic,STM也陆续发布了H.264 专用解码芯片的样片和最新成果。可以预见,2005年,基于H.264的专用解码芯片将正式进入商用。而到2006年,这类芯片的需求将会进入高速增长。用意法半导体的家庭娱乐部总经理Christos Lagomichos话来说,业界对H.264芯片的需求由来已久,他相信H.264芯片的初期需求将大得"难以置信"。
在带宽受限或紧缺的应用场合,H.264大大降低了网络带宽需要,同时其自适应传输能力大大提高了系统抗抖动性能,将使得以前无法满足客户需要的视频服务成为现实,并且显著提高画面质量,或降低后端服务器建造成本,这些领域包括:移动掌上电视(Mobile TV、DVB-H)、网络电视(IPTV/IPVOD)、数字电视广播(DVB-S/DVB-T/HDTV),固定和移动可视电话(Videophone)、IP 视频会议、远程监控等。
而在存储代价敏感的应用场合,H.264的高压缩比技术将大大降低系统和终端产品存储容量,这项优势将被广泛应用于:高清DVD播放机(HD DVD/蓝光高清)、DVD录像机(DVR/PVR)、便携式媒体播放机(PMP)、数字摄像机(DV)、数字监控(Surveillance)等领域。
在国内市场上,电信运营商、内容提供商目前正在进行IPTV、IPVOD服务的开局试验,包括此前央视网络电视分别落地北京、上海,中国网通获得IPTV运营牌照等业内事件,都是预示着基于互联网的互动媒体时代即将到来的前兆。
四、H.264的在应用中的优势
1、技术的显著优势:在同等的画质下,H.264比上一代编码标准MPEG2平均节约64%的传输码流,而比MPEG4 ASP要平均节约39%的传输码流。这是全球数百名优秀专家6年多的工作成果,也是自MPEG2以来视频编码技术又一次真正革命性的突破。
2、多个标准组织的支持:H.264是ITU、MPEG、DVD、DVB、3GPP等工业化组织共同推进的下一