视频编码简介.doc

1、 视频编码h.264 视频编码所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的 H.261、H.263，运动静止图像专家组的 M-JPEG 和国际标准化组织运动图像专家组的 MPEG 系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有 Real-Networks 的 RealVideo、微软公司的 WMV 以及 Apple 公司的 QuickTime 等。视频编码定义 视频编码原理 视频编码发展 视频编码框架 视频编码技术 相关技术视 频 编 码 定 义MPEG 是 活 动 图 像 专 家 组 (Moving

2、Picture Experts Group)的 缩 写 ， 于1988 年 成 立 ， 是 为 数 字 视 /音 频 制 定 压 缩 标 准 的 专 家 组 ， 目 前 已 拥 有 300多 名 成 员 ， 包 括 IBM、 SUN、 BBC、 NEC、 INTEL、 AT&T 等 世 界 知 名 公 司 。MPEG 组 织 最 初 得 到 的 授 权 是 制 定 用 于 “活 动 图 像 ”编 码 的 各 种 标 准 ， 随 后扩 充 为 “及 其 伴 随 的 音 频 ”及 其 组 合 编 码 。 后 来 针 对 不 同 的 应 用 需 求 ， 解 除了 “用 于 数 字 存 储 媒 体 ”

3、的 限 制 ， 成 为 现 在 制 定 “活 动 图 像 和 音 频 编 码 ”标 准 的 组 织 。 MPEG 组 织 制 定 的 各 个 标 准 都 有 不 同 的 目 标 和 应 用 ， 目 前 已 提出 MPEG-1、 MPEG-2、 MPEG-4、 MPEG-7 和 MPEG-21 标 准 。 视 频 压 缩 技 术 是 计 算 机 处 理 视 频 的 前 提 。 视 频 信 号 数 字 化 后 数 据 带 宽 很高 ， 通 常 在 20MB/秒 以 上 ， 因 此 计 算 机 很 难 对 之 进 行 保 存 和 处 理 。 采 用 压 缩技 术 以 后 通 常 数 据 带 宽 右

4、以 降 到 1-10MB/秒 ， 这 样 就 可 以 将 视 频 信 号 保 存 在计 算 机 中 并 作 相 应 的 处 理 。 常 用 的 算 法 是 由 ISO 制 订 的 ， 即 JPEG 和 MPEG算 法 。 JPEG 是 静 态 图 像 压 缩 标 准 ， 适 用 于 连 续 色 调 彩 色 或 灰 度 图 像 ， 它 包 括两 部 分 ： 一 是 基 于 DPCM(空 间 线 性 预 测 )技 术 的 无 失 真 编 码 ， 一 是 基 于DCT(离 散 余 弦 变 换 )和 哈 夫 曼 编 码 的 有 失 真 算 法 ， 前 者 压 缩 比 很 小 ， 主 要 应用 的 是

5、后 一 种 算 法 。 在 非 线 性 编 辑 中 最 常 用 的 是 MJPEG 算 法 ， 即 Motion JPEG。 它 是 将 视 频 信 号 50 帧 /秒 (PAL 制 式 )变 为 25 帧 /秒 ， 然 后 按 照 25 帧/秒 的 速 度 使 用 JPEG 算 法 对 每 一 帧 压 缩 。 通 常 压 缩 倍 数 在 3.5-5 倍 时 可 以达 到 Betacam 的 图 像 质 量 。 MPEG 算 法 是 适 用 于 动 态 视 频 的 压 缩 算 法 ， 它 除了 对 单 幅 图 像 进 行 编 码 外 还 利 用 图 像 序 列 中 的 相 关 原 则 ， 将

6、冗 余 去 掉 ， 这 样可 以 大 大 提 高 视 频 的 压 缩 比 。 前 MPEG-I 用 于 VCD 节 目 中 ， MPEG-II 用 于VOD、 DVD 节 目 中 。 1 音 频 视 频 编 码 及 文 件 格 式 （ 容 器 ） 是 一 个 很 庞 大 的 知 识 领 域 ， 完 整 的 说清 楚 ， 那 就 需 要 些 写 成 一 本 教 材 了 。 这 里 先 就 几 个 简 单 的 概 念 问 题 作 以 介 绍 ：首 先 要 分 清 楚 媒 体 文 件 和 编 码 的 区 别 ： 文 件 是 既 包 括 视 频 又 包 括 音 频 、甚 至 还 带 有 脚 本 的 一

7、 个 集 合 ， 也 可 以 叫 容 器 ； 文 件 当 中 的 视 频 和 音 频 的 压 缩 算 法 才 是 具 体 的 编 码 。 也 就 是 说 一 个 .avi 文 件 ， 当 中 的 视 频 可 能 是 编 码 a， 也 可 能 是 编 码 b， 音 频 可 能 是 编 码5， 也 可 能 是 编 码 6， 具 体 的 用 那 种 编 码 的 解 码 器 ， 则 由 播 放 器 按 照 avi 文件 格 式 读 取 信 息 去 调 用 了 。 编 码 介 绍 ： 音 频 视 频 编 码 方 案 有 很 多 ， 用 百 家 争 鸣 形 容 不 算 过 分 ， 目前 常 见 的 音 频

8、 视 频 编 码 有 以 下 几 类 MPEG 系 列 ： （ 由 ISO国 际 标 准 组 织 机 构 下 属 的 MPEG运 动 图 象 专 家组 开 发 ） 视 频 编 码 方 面 主 要 是 Mpeg1（ vcd 用 的 就 是 它 ） 、 Mpeg2（ DVD使 用 ） 、 Mpeg4（ 现 在 的 DVDRIP 使 用 的 都 是 它 的 变 种 ， 如 ： divx， xvid 等 ）、 Mpeg4 AVC（ 现 在 正 热 门 ） ； 音 频 编 码 方 面 主 要 是 MPEG Audio Layer 1/2、 MPEG Audio Layer 3（ 大 名 鼎 鼎 的 mp

9、3） 、 MPEG-2 AAC 、 MPEG-4 AAC 等 等 。 注 意 ： DVD 音 频 没 有 采 用 Mpeg 的 。 H.26X 系 列 ： （ 由 ITU国 际 电 传 视 讯 联 盟 主 导 ， 侧 重 网 络 传 输 ， 注 意 ：只 是 视 频 编 码 ） 包 括 H.261、 H.262、 H.263、 H.263+、 H.263+、 H.264（ 就 是 MPEG4 AVC-合 作 的 结 晶 ） 2 视 频 编 码 原 理视 频 图 像 数 据 有 极 强 的 相 关 性 ， 也 就 是 说 有 大 量 的 冗 余 信 息 。 其 中 冗 余信 息 可 分 为 空

10、域 冗 余 信 息 和 时 域 冗 余 信 息 。 压 缩 技 术 就 是 将 数 据 中 的 冗 余 信息 去 掉 （ 去 除 数 据 之 间 的 相 关 性 ） ， 压 缩 技 术 包 含 帧 内 图 像 数 据 压 缩 技 术 、帧 间 图 像 数 据 压 缩 技 术 和 熵 编 码 压 缩 技 术 。 去 时 域 冗 余 信 息 使 用 帧 间 编 码 技 术 可 去 除 时 域 冗 余 信 息 ， 它 包 括 以 下 三 部 分 ： 运 动 补 偿 运 动 补 偿 是 通 过 先 前 的 局 部 图 像 来 预 测 、 补 偿 当 前 的 局 部 图 像 ， 它 是 减少 帧 序 列

11、 冗 余 信 息 的 有 效 方 法 。 运 动 表 示 不 同 区 域 的 图 像 需 要 使 用 不 同 的 运 动 矢 量 来 描 述 运 动 信 息 。 运 动 矢 量 通过 熵 编 码 进 行 压 缩 。 运 动 估 计 运 动 估 计 是 从 视 频 序 列 中 抽 取 运 动 信 息 的 一 整 套 技 术 。 注 ： 通 用 的 压 缩 标 准 都 使 用 基 于 块 的 运 动 估 计 和 运 动 补 偿 。 去 空 域 冗 余 信 息 主 要 使 用 帧 内 编 码 技 术 和 熵 编 码 技 术 ： 变 换 编 码 帧 内 图 像 和 预 测 差 分 信 号 都 有 很

12、高 的 空 域 冗 余 信 息 。 变 换 编 码 将 空 域 信号 变 换 到 另 一 正 交 矢 量 空 间 ， 使 其 相 关 性 下 降 ， 数 据 冗 余 度 减 小 。 量 化 编 码 经 过 变 换 编 码 后 ， 产 生 一 批 变 换 系 数 ， 对 这 些 系 数 进 行 量 化 ， 使 编 码 器的 输 出 达 到 一 定 的 位 率 。 这 一 过 程 导 致 精 度 的 降 低 。 熵 编 码 熵 编 码 是 无 损 编 码 。 它 对 变 换 、 量 化 后 得 到 的 系 数 和 运 动 信 息 ， 进 行 进一 步 的 压 缩 。 视 频 编 码 发 展传 统

13、的 压 缩 编 码 是 建 立 在 香 农 （ Shannon） 信 息 论 基 础 上 的 ， 它 以 经 典的 集 合 论 为 基 础 ， 用 统 计 概 率 模 型 来 描 述 信 源 ， 但 它 未 考 虑 信 息 接 受 者 的 主观 特 性 及 事 件 本 身 的 具 体 含 义 、 重 要 程 度 和 引 起 的 后 果 。 因 此 ， 压 缩 编 码 的发 展 历 程 实 际 上 是 以 香 农 信 息 论 为 出 发 点 ， 一 个 不 断 完 善 的 过 程 。 从 不 同 角 度 考 虑 ， 数 据 压 缩 编 码 具 有 不 同 的 分 类 方 式 。 按 信 源 的

14、统 计 特 性 可 分 为 预 测 编 码 、 变 换 编 码 、 矢 量 量 化 编 码 、 子 带 小 波 编 码 、 神 经 网 络 编 码 方 法 等 。 数 眼 的 视 觉 特 性 可 能 基 于 方 向 滤 波 的 图 像 编 码 、 基 于 图 像 轮 廓 纹 理 的编 码 方 法 等 。 按 图 像 传 递 的 景 物 特 性 可 分 为 分 形 编 码 、 基 于 内 容 的 编 码 方 法 等 。 随 着 产 业 化 活 动 的 进 一 步 开 展 ， 国 际 标 准 化 组 织 于 1986 年 、 1998 年先 后 成 立 了 联 合 图 片 专 家 组 JPEG 和

15、 运 动 图 像 压 缩 编 码 组 织 MPEG。 JPEG 专家 组 主 要 致 力 于 静 态 图 像 的 帧 内 压 缩 编 码 标 准 ISO/IEC10918 的 制 定 ；MPEG 专 家 组 主 要 致 力 于 运 动 图 像 压 缩 编 码 标 准 的 制 定 。 经 过 专 家 组 不 懈 的 努力 ， 基 于 第 一 代 压 缩 编 码 方 法 （ 如 预 测 编 码 、 变 换 编 码 、 熵 编 码 及 运 动 补 偿等 ） 的 三 种 压 缩 编 码 国 际 标 众 所 周 知 ， 人 类 通 过 视 觉 获 取 的 信 息 量 约 占 总 信 息 量 的 70 ，

16、 而 且 视频 信 息 具 有 直 观 性 、 可 信 性 等 一 系 列 优 点 。 所 以 ， 视 讯 技 术 中 的 关 键 技 术 就是 视 频 技 术 。 目 前 ， 视 频 技 术 的 应 用 范 围 很 广 ， 如 网 上 可 视 会 议 、 网 上 可 视 电 子 商 务 、网 上 政 务 、 网 上 购 物 、 网 上 学 校 、 远 程 医 疗 、 网 上 研 讨 会 、 网 上 展 示 厅 、 个人 网 上 聊 天 、 可 视 咨 询 等 业 务 。 但 是 ， 以 上 所 有 的 应 用 都 必 须 压 缩 。 传 输 的数 据 量 之 大 ， 单 纯 用 扩 大 存

17、储 器 容 量 、 增 加 通 信 干 线 的 传 输 速 率 的 办 法 是 不现 实 的 ， 数 据 压 缩 技 术 是 个 行 之 有 效 的 解 决 办 法 ， 通 过 数 据 压 缩 ， 可 以 把 信息 数 据 量 压 下 来 ， 以 压 缩 形 式 存 储 、 传 输 ， 既 节 约 了 存 储 空 间 ， 又 提 高 了 通信 干 线 的 传 输 效 率 ， 同 时 也 可 使 计 算 机 实 时 处 理 音 频 、 视 频 信 息 ， 以 保 证 播放 出 高 质 量 的 视 频 、 音 频 节 目 。 可 见 ， 多 媒 体 数 据 压 缩 是 非 常 必 要 的 。 由于

18、 多 媒 体 声 音 、 数 据 、 视 像 等 信 源 数 据 有 极 强 的 相 关 性 ， 也 就 是 说 有 大 量 的冗 余 信 息 。 数 据 压 缩 可 以 将 庞 大 数 据 中 的 冗 余 信 息 去 掉 （ 去 除 数 据 之 间 的 相关 性 ） ， 保 留 相 互 独 立 的 信 息 分 量 ， 因 此 ， 多 媒 体 数 据 压 缩 是 完 全 可 以 实 现的 。 图 像 编 码 方 法 可 分 为 两 代 ： 第 一 代 是 基 于 数 据 统 计 ， 去 掉 的 是 数 据 冗 余 ，称 为 低 层 压 缩 编 码 方 法 ； 第 二 代 是 基 于 内 容 ，

19、 去 掉 的 是 内 容 冗 余 ， 其 中 基 于对 象 （ Object Based） 方 法 称 为 中 层 压 缩 编 码 方 法 ， 其 中 基 于 语 义（ Syntax Based） 方 法 称 为 高 层 压 缩 编 码 方 法 。 基 于 内 容 压 缩 编 码 方 法 代 表 新 一 代 的 压 缩 方 法 ， 也 是 目 前 最 活 跃 的 领 域 ，最 早 是 由 瑞 典 的 Forchheimer 提 出 的 ， 随 后 日 本 的 Harashima 等 人 也 展 示了 不 少 研 究 成 果 。 视 频 编 码 框 架视 频 编 码 的 基 本 框 架 国 际

20、音 视 频 压 缩 标 准 发 展 历 程 ： H.261 H.261 标 准 是 为 ISDN 设 计 ， 主 要 针 对 实 时 编 码 和 解 码 设 计 ， 压 缩 和 解压 缩 的 信 号 延 时 不 超 过 150ms， 码 率 px64kbps(p=130)。 H.261 标 准 主 要 采 用 运 动 补 偿 的 帧 间 预 测 、 DCT 变 换 、 自 适 应 量 化 、 熵编 码 等 压 缩 技 术 。 只 有 I 帧 和 P 帧 ， 没 有 B 帧 ， 运 动 估 计 精 度 只 精 确 到 像素 级 。 支 持 两 种 图 像 扫 描 格 式 ： QCIF 和 CIF

21、。 H.263 H.263 标 准 是 甚 低 码 率 的 图 像 编 码 国 际 标 准 ， 它 一 方 面 以 H.261 为 基础 ， 以 混 合 编 码 为 核 心 ， 其 基 本 原 理 框 图 和 H.261 十 分 相 似 ， 原 始 数 据 和码 流 组 织 也 相 似 ； 另 一 方 面 ， H.263 也 吸 收 了 MPEG 等 其 它 一 些 国 际 标 准 中有 效 、 合 理 的 部 分 ， 如 ： 半 像 素 精 度 的 运 动 估 计 、 PB 帧 预 测 等 ， 使 它 性 能优 于 H.261。 H.263 使 用 的 位 率 可 小 于 64Kb/s,且

22、传 输 比 特 率 可 不 固 定 （ 变 码 率 ） 。H.263 支 持 多 种 分 辨 率 ： SQCIF(128x96)、 QCIF、 CIF、 4CIF、 16CIF。 与 H.261 和 H.263 相 关 的 国 际 标 准 ； 与 H.261 有 关 的 国 际 标 准 ； H.320： 窄 带 可 视 电 话 系 统 和 终 端 设 备 ； H.221： 视 听 电 信 业 务 中 641 920Kb/s 信 道 的 帧 结 构 ； H.230： 视 听 系 统 的 帧 同 步 控 制 和 指 示 信 号 ； H.242： 使 用 直 到 2Mb/s 数 字 信 道 的 视

23、听 终 端 的 系 统 。 与 H.263 有 关 的 国 际 标 准 ； H.324： 甚 低 码 率 多 媒 体 通 信 终 端 设 备 ； H.223： 甚 低 码 率 多 媒 体 通 信 复 合 协 议 ； H.245： 多 媒 体 通 信 控 制 协 议 ； G.723.1.1： 传 输 速 率 为 5.3Kb/s 和 6.3Kb/s 的 语 音 编 码 器 。 JPEG 国 际 标 准 化 组 织 于 1986 年 成 立 了 JPEG(Joint Photographic Expert Group)联 合 图 片 专 家 小 组 ， 主 要 致 力 于 制 定 连 续 色 调 、

24、 多 级 灰 度 、 静 态 图 像的 数 字 图 像 压 缩 编 码 标 准 。 常 用 的 基 于 离 散 余 弦 变 换 (DCT)的 编 码 方 法 ， 是JPEG 算 法 的 核 心 内 容 。 MPEG-1/2 MPEG-1 标 准 用 于 数 字 存 储 体 上 活 动 图 像 及 其 伴 音 的 编 码 ， 其 数 码 率 为1.5Mb/s。 MPEG-1 的 视 频 原 理 框 图 和 H.261 的 相 似 。 MPEG-1 视 频 压 缩 技 术 的 特 点 ： 1. 随 机 存 取 ； 2. 快 速 正 向 /逆 向 搜 索 ；3 .逆 向 重 播 ； 4. 视 听 同

25、 步 ； 5. 容 错 性 ； 6. 编 /解 码 延 迟 。 MPEG-1 视 频压 缩 策 略 ： 为 了 提 高 压 缩 比 ， 帧 内 /帧 间 图 像 数 据 压 缩 技 术 必 须 同 时 使 用 。帧 内 压 缩 算 法 与 JPEG 压 缩 算 法 大 致 相 同 ， 采 用 基 于 DCT 的 变 换 编 码 技 术 ，用 以 减 少 空 域 冗 余 信 息 。 帧 间 压 缩 算 法 ， 采 用 预 测 法 和 插 补 法 。 预 测 误 差 可在 通 过 DCT 变 换 编 码 处 理 ， 进 一 步 压 缩 。 帧 间 编 码 技 术 可 减 少 时 间 轴 方 向 的

26、冗 余 信 息 。 MPEG-2 被 称 为 “21 世 纪 的 电 视 标 准 ”， 它 在 MPEG-1 的 基 础 上 作 了 许多 重 要 的 扩 展 和 改 进 ， 但 基 本 算 法 和 MPEG-1 相 同 。 MPEG-4 MPEG-4 标 准 并 非 是 MPEG-2 的 替 代 品 ， 它 着 眼 于 不 同 的 应 用 领 域 。MPEG-4 的 制 定 初 衷 主 要 针 对 视 频 会 议 、 可 视 电 话 超 低 比 特 率 压 缩 （ 小 于64Kb/s） 的 需 求 。 在 制 定 过 程 中 ， MPEG 组 织 深 深 感 受 到 人 们 对 媒 体 信

27、息 ，特 别 是 对 视 频 信 息 的 需 求 由 播 放 型 转 向 基 于 内 容 的 访 问 、 检 索 和 操 作 。 MPEG-4 与 前 面 提 到 的 JPEG、 MPEG-1/2 有 很 大 的 不 同 ， 它 为 多 媒 体 数 据压 缩 编 码 提 供 了 更 为 广 阔 的 平 台 ， 它 定 义 的 是 一 种 格 式 、 一 种 框 架 ， 而 不 是具 体 算 法 ， 它 希 望 建 立 一 种 更 自 由 的 通 信 与 开 发 环 境 。 于 是 MPEG-4 新 的 目标 就 是 定 义 为 ： 支 持 多 种 多 媒 体 的 应 用 ， 特 别 是 多 媒

28、 体 信 息 基 于 内 容 的 检 索和 访 问 ， 可 根 据 不 同 的 应 用 需 求 ， 现 场 配 置 解 码 器 。 编 码 系 统 也 是 开 放 的 ，可 随 时 加 入 新 的 有 效 的 算 法 模 块 。 应 用 范 围 包 括 实 时 视 听 通 信 、 多 媒 体 通 信 、远 地 监 测 /监 视 、 VOD、 家 庭 购 物 /娱 乐 等 。 JVT： 新 一 代 的 视 频 压 缩 标 准 JVT 是 由 ISO/IEC MPEG 和 ITU-T VCEG 成 立 的 联 合 视 频 工 作 组 （ Joint Video Team） ， 致 力 于 新 一

29、代 数 字 视 频 压 缩 标 准 的 制 定 。 JVT 标 准 在 ISO/IEC 中 的 正 式 名 称 为 ： MPEG-4 AVC(part10)标 准 ； 在ITU-T 中 的 名 称 :H.264（ 早 期 被 称 为 H.26L） H.264/AVC H.264 集 中 了 以 往 标 准 的 优 点 ， 并 吸 收 了 以 往 标 准 制 定 中 积 累 的 经 验 , 采 用 简 洁 设 计 ,使 它 比 MPEG4 更 容 易 推 广 。 H.264 创 造 性 了 多 参 考 帧 、 多 块类 型 、 整 数 变 换 、 帧 内 预 测 等 新 的 压 缩 技 术 ，

30、使 用 了 更 精 细 的 分 象 素 运 动 矢量 （ 1/4、 1/8)和 新 一 代 的 环 路 滤 波 器 ， 使 得 压 缩 性 能 大 大 提 高 ， 系 统 更 加完 善 。 H.264 主 要 有 以 下 几 大 优 点 ： 高 效 压 缩 ： 与 H.263+和 MPEG4 SP 相 比 ， 减 小 50%比 特 率 ； 延 时 约 束 方 面 有 很 好 的 柔 韧 性 ； 容 错 能 力 ； 编 /解 码 的 复 杂 性 可 伸 缩 性 ； 解 码 全 部 细 节 ： 没 有 不 匹 配 ； 高 质 量 应 用 ； 网 络 友 善 。 视 频 编 码 技 术目 前 监 控

31、 中 主 要 采 用 MJPEG、 MPEG1/2、 MPEG4(SP/ASP)、 H.264/AVC 等几 种 视 频 编 码 技 术 。 对 于 最 终 用 户 来 言 他 最 为 关 心 的 主 要 有 ： 清 晰 度 、 存 储量 （ 带 宽 ） 、 稳 定 性 还 有 价 格 。 采 用 不 同 的 压 缩 技 术 ， 将 很 大 程 度 影 响 以 上几 大 要 素 。 MJPEG MJPEG（ Motion JPEG） 压 缩 技 术 ， 主 要 是 基 于 静 态 视 频 压 缩 发 展 起 来 的技 术 ， 它 的 主 要 特 点 是 基 本 不 考 虑 视 频 流 中 不

32、同 帧 之 间 的 变 化 ， 只 单 独 对 某一 帧 进 行 压 缩 。 MJPEG 压 缩 技 术 可 以 获 取 清 晰 度 很 高 的 视 频 图 像 ， 可 以 动 态 调 整 帧 率 、分 辨 率 。 但 由 于 没 有 考 虑 到 帧 间 变 化 ， 造 成 大 量 冗 余 信 息 被 重 复 存 储 ， 因 此单 帧 视 频 的 占 用 空 间 较 大 ， 目 前 流 行 的 MJPEG 技 术 最 好 的 也 只 能 做 到 3K字 节 /帧 ， 通 常 要 820K！ MPEG-1/2 MPEG-1 标 准 主 要 针 对 SIF 标 准 分 辨 率 (NTSC 制 为

33、352X240； PAL 制 为352X288)的 图 像 进 行 压 缩 . 压 缩 位 率 主 要 目 标 为 1.5Mb/s.较 MJPEG 技 术 ，MPEG1 在 实 时 压 缩 、 每 帧 数 据 量 、 处 理 速 度 上 有 显 著 的 提 高 。 但 MPEG1 也有 较 多 不 利 地 方 ： 存 储 容 量 还 是 过 大 、 清 晰 度 不 够 高 和 网 络 传 输 困 难 。 MPEG-2 在 MPEG-1 基 础 上 进 行 了 扩 充 和 提 升 ， 和 MPEG-1 向 下 兼 容 ， 主要 针 对 存 储 媒 体 、 数 字 电 视 、 高 清 晰 等 应

34、用 领 域 ， 分 辨 率 为 ： 低 (352x288)，中 (720x480)， 次 高 (1440x1080)， 高 (1920x1080)。 MPEG-2 视 频 相 对MPEG-1 提 升 了 分 辨 率 ， 满 足 了 用 户 高 清 晰 的 要 求 ， 但 由 于 压 缩 性 能 没 有 多 少提 高 ， 使 得 存 储 容 量 还 是 太 大 ， 也 不 适 和 网 络 传 输 。 MPEG-4 MPEG-4 视 频 压 缩 算 法 相 对 于 MPEG-1/2 在 低 比 特 率 压 缩 上 有 着 显 著 提 高 ，在 CIF（ 352*288） 或 者 更 高 清 晰 度

35、 （ 768*576） 情 况 下 的 视 频 压 缩 ， 无 论 从清 晰 度 还 是 从 存 储 量 上 都 比 MPEG1 具 有 更 大 的 优 势 ， 也 更 适 合 网 络 传 输 。 另外 MPEG-4 可 以 方 便 地 动 态 调 整 帧 率 、 比 特 率 ， 以 降 低 存 储 量 。 MPEG-4 由 于 系 统 设 计 过 于 复 杂 ， 使 得 MPEG-4 难 以 完 全 实 现 并 且 兼 容 ，很 难 在 视 频 会 议 、 可 视 电 话 等 领 域 实 现 ， 这 一 点 有 点 偏 离 原 来 地 初 衷 。 另 外对 于 中 国 企 业 来 说 还 要

36、 面 临 高 昂 的 专 利 费 问 题 ， 目 前 规 定 ： 每 台 解 码 设 备 需 要 交 给 MPEG-LA 0.25 美 元 。 编 码 /解 码 设 备 还 需 要 按 时 间 交 费 （ 4 美 分 /天 =1.2 美 元 /月 =14.4美 元 /年 ） 。 H.264/AVC 视 频 压 缩 国 际 标 准 主 要 有 由 ITU-T 制 定 的H.261、 H.262、 H.263、 H.264 和 由 MPEG 制 定 的 MPEG-1、 MPEG-2、 MPEG-4， 其 中 H.262/MPEG-2 和 H.264/MPEG-4 AVC 由 ITU-T 与 MPE

37、G 联 合 制 定 。 从 简 单 来 说 H.264 就 是 一 种 视 频 编 码 技 术 ， 与 微 软 的 WMV9 都 属 于 同 一种 技 术 也 就 是 压 缩 动 态 图 像 数 据 的 “编 解 码 器 ”程 序 。 一 般 来 说 ， 如 果 动 态 图 像 数 据 未 经 压 缩 就 使 用 的 话 ， 数 据 量 非 常 大 ， 容易 造 成 通 信 线 路 故 障 及 数 据 存 储 容 量 紧 张 。 因 此 ， 在 发 送 动 态 图 像 时 、 或 者把 影 像 内 容 保 存 在 DVD 上 时 、 以 及 使 用 存 储 介 质 容 量 较 小 的 数 码

38、相 机 或 相机 手 机 拍 摄 映 像 时 ， 就 必 须 使 用 编 解 码 器 。 虽 然 编 解 码 器 有 许 多 种 类 ， 但DVD-Video 与 微 波 数 字 电 视 等 使 用 的 主 要 是 MPEG2， 数 码 相 机 等 摄 像 时 主 要使 用 MPEG4。 既 然 作 为 压 缩 视 频 编 码 技 术 ， H.264 最 大 的 作 用 对 视 频 的 压 缩 了 。 我 们熟 悉 的 MPEG2 也 就 是 最 常 用 的 DVD 视 频 编 码 技 术 已 经 比 较 落 后 。 对 于 最 希 望 看 到 的 HDTV 的 节 目 如 果 播 放 时 间

39、 在 2 小 时 左 右 的 话 ， 使 用MPEG2 最 小 只 能 压 缩 至 30GB， 而 使 用 H.264、 WMV9 这 样 的 高 压 缩 率 编 解 码器 ， 在 画 质 丝 毫 不 降 的 前 提 下 可 压 缩 到 15GB 以 下 。 上 面 的 例 子 可 以 看 出 H.264 的 技 术 优 势 了 ， 一 般 来 说 H.264 的 数 据 压缩 率 在 MPEG2 的 2 倍 以 上 、 MPEG4 的 1.5 倍 以 上 。 从 理 论 上 来 说 ， 在 相 同 画质 、 相 同 容 量 的 情 况 下 ， 可 比 目 前 的 DVD 光 盘 多 保 存

40、2 倍 以 上 时 间 的 影 像 。有 望 作 为 电 影 与 音 乐 会 等 映 像 内 容 与 便 携 设 备 的 编 解 码 器 广 泛 使 用 。 预 计 支持 该 技 术 的 产 品 与 服 务 将 于 2004 年 内 问 世 。 大 家 是 否 都 能 记 得 当 年 的 视 频 解 压 卡 ， 也 就 是 我 们 说 的 DVD/VCD 解 压缩 卡 ， 这 个 东 西 的 原 理 很 简 单 ， 就 是 板 卡 上 安 装 了 DSP 芯 片 ， 而 这 个 芯 片唯 一 的 功 能 就 是 用 来 针 对 特 殊 格 式 的 编 码 进 行 解 压 缩 ， 当 后 来 显

41、 卡 的 性 能 逐渐 增 强 可 以 满 足 视 频 播 放 需 要 的 时 候 ， 视 频 解 压 缩 卡 也 就 消 失 的 不 见 了 。 而 ATI 的 做 法 就 是 最 新 的 R520 VPU 内 就 包 含 了 H.264 解 码 技 术 ， 这 种特 殊 的 算 法 直 接 交 给 显 卡 VPU 来 运 算 ， 而 不 是 完 全 交 给 CPU 处 理 ， 这 样 就可 以 解 放 出 CPU 进 行 更 多 其 他 复 杂 的 运 算 。 H.264 集 中 了 以 往 标 准 的 优 点 ， 在 许 多 领 域 都 得 到 突 破 性 进 展 ， 使 得 它获 得

42、比 以 往 标 准 好 得 多 整 体 性 能 ： 和 H.263+和 MPEG-4 SP 相 比 最 多 可 节 省 50 的 码 率 ， 使 存 储 容 量大 大 降 低 ； H.264 在 不 同 分 辨 率 、 不 同 码 率 下 都 能 提 供 较 高 的 视 频 质 量 ； 采 用 “网 络 友 善 ”的 结 构 和 语 法 ， 使 其 更 有 利 于 网 络 传 输 。 H.264 采 用 简 洁 设 计 ,使 它 比 MPEG4 更 容 易 推 广 ， 更 容 易 在 视 频 会 议 、视 频 电 话 中 实 现 ， 更 容 易 实 现 互 连 互 通 ， 可 以 简 便 地

43、和 G.729 等 低 比 特 率语 音 压 缩 组 成 一 个 完 整 的 系 统 。 MPEG LA 吸 收 MPEG-4 的 高 昂 专 利 费 而 使 它 难 以 推 广 的 教 训 ， MPEG LA制 定 了 以 下 低 廉 的 H.264 收 费 标 准 ： H.264 广 播 时 基 本 不 收 费 ； 产 品 中 嵌 入H.264 编 /解 码 器 时 ， 年 产 量 10 万 台 以 下 不 收 取 费 ， 超 过 10 万 台 每 台 收 取0.2 美 元 ， 超 过 500 万 台 每 台 收 取 0.1 美 元 。 低 廉 的 专 利 费 使 得 中 国H.264 监

44、 控 产 品 更 容 易 走 向 世 界 。 H.264 视 频 编 码 标 准 的 发 展 历 史 随 着 NGN、 3G 及 3G 演 进 和 NGBW 等 对 视 频 、 多 媒 体 业 务 与 网 络 应 用 的 飞速 发 展 需 求 ， 作 为 视 频 业 务 及 存 储 应 用 核 心 技 术 的 高 效 率 视 频 数 字 压 缩 编 技术 ， 愈 来 愈 引 起 人 们 的 关 注 ， 成 为 目 前 广 播 、 视 频 与 多 媒 体 通 信 领 域 中 的 亮点 与 热 点 ， 这 其 中 H.264 视 频 编 码 标 准 更 是 耳 熟 能 详 的 一 个 名 字 。

45、早 在 1993 年 ， ITU-T（ 国 际 电 信 联 盟 电 信 标 准 化 部 门 ） 制 定 了 第 一 个 视频 编 码 标 准 H.261， 其 输 出 速 率 为 p*64 kbit/s， 主 要 用 于 ISDN 及 ATM 等准 宽 带 及 宽 带 信 道 视 频 。 随 着 时 间 的 不 断 发 展 ， 经 历 了 1996 年 的H.263， 1998 年 的 H.263+， 2000 年 的 H.263+， 到 了 2001 年 ， MPEG 认 识到 H.26L 的 潜 在 优 势 及 与 VCEG 联 合 工 作 的 必 要 性 ， 从 而 两 者 合 作 成

46、立 联 合视 频 组 (JVT)， 从 而 形 成 了 2003 年 第 二 季 度 发 布 的 统 一 标 准 H.264/AVC。该 标 准 在 ITU-T 称 为 H.264； 在 ISO/IEC 则 称 为 MPEG4-Part 10 AVC（ Advanced Video Coding， 第 10 部 分 ， 先 进 视 频 编 码 ） ， 这 也 就 是 今天 我 们 大 家 都 津 津 乐 道 的 H.264/AVC。 与 先 前 的 一 些 编 码 标 准 相 比 ， H.264 标 准 继 承 了 H.263 和 MPEG1/2/4视 频 标 准 协 议 的 优 点 ， 但

47、在 结 构 上 并 没 有 变 化 ， 只 是 在 各 个 主 要 的 功 能 模 块内 部 使 用 了 一 些 先 进 的 技 术 ， 提 高 了 编 码 效 率 。 其 主 要 表 现 在 ： 编 码 不 再 是基 于 88 的 块 进 行 ， 而 是 在 44 大 小 的 块 上 ， 进 行 残 差 的 变 换 编 码 。 所 采用 的 变 换 编 码 方 式 也 不 再 是 DCT 变 换 ， 而 是 一 种 整 数 变 换 编 码 。 采 用 了 编 码效 率 更 高 的 上 下 文 自 适 应 二 进 制 算 术 编 码 （ CABAC） ， 同 时 与 之 相 应 的 量 化过

48、程 也 有 区 别 。 H.264 标 准 具 有 算 法 简 单 易 于 实 现 、 运 算 精 度 高 且 不 溢 出 、运 算 速 度 快 、 占 用 内 存 小 、 消 弱 块 效 应 等 优 点 ， 是 一 种 更 为 实 用 有 效 的 图 像编 码 标 准 。 H.264/AVC 在 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

49、， 也 就 造 成 了 目 前 H.264 被 热 炒 的局 面 。 应 该 说 ， H.264/AVC 的 应 用 确 属 相 当 广 泛 ， 包 括 固 定 或 移 动 的 可 视 电话 、 移 动 电 话 、 实 时 视 频 会 议 、 视 频 监 控 、 流 媒 体 、 多 媒 体 视 频 、Internet 视 频 及 多 媒 体 、 IPTV、 手 机 电 视 、 宽 带 电 话 以 及 视 频 信 息 存 储 等 ，这 也 是 业 内 普 遍 看 好 它 的 重 要 原 因 。 监 控 中 视 频 编 码 分 辨 率 的 选 择 目 前 监 控 行 业 中 主 要 使 用 以 下 分 辨 率 ： SQCIF、 QCIF、 CIF、 4CIF。 SQCIF 和 QCIF 的 优 点 是 存 储 量 低 ， 可 以 在 窄 带 中 使 用 ， 使 用 这 种 分 辨 率的 产 品 价 格 低 廉 ； 缺 点 是 图 像 质 量 往 往 很 差 、 不 被 用 户 所 接 受 。 CIF 是 目 前 监 控 行 业 的 主 流 分 辨 率 ， 它 的 优 点 是 存 储 量 较 低 ， 能 在 普 通宽 带 网 络 中 传 输 ， 价 格 也 相 对 低