H3C 多媒体培训教材-基础知识-视频编码v1

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1、杭州华三通信技术有限公司H3C 多媒体培训教材 视频编码2培训对象 : 内部人员,合作伙伴,客户前言n 了解当前视频编码领域的主要发展情况n 了解常用视频编码的主要特点及应用领域培训目标 :学习完本课程，您应该能够：3目录n n MPEGMPEG系列和系列和H.26XH.26X系列视频编码概述系列视频编码概述n n H.264H.264简介简介n n 其他常见视频编码其他常见视频编码4原理5引入：关于视频编码引入：关于视频编码n定义：所谓多媒体编辑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。 n n意义：意义：视频编码最主要的目的是为了对数字视频信息进

2、行压缩，从而 降低数字视频的存储（容量）与传输（带宽）的成本 。n n原理：原理：n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 冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息；n通过压缩技术，可将数据中的冗余信息去掉（去除数据之间的相关 性）；n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。 6视频编码技术的主要标准组织视频编码技术的主要标准组织在视频编解码技术定义方面主要有两大标准机构：n 国际电信联盟国际电信联盟 (ITU)(ITU) ：ITU-T视频编码工作组的视频编码研究主要是面向视频通信 ，如会议电视、可视电话等视频通信应用，推出的视频压缩标准为

3、H.26x系列，包括 H.261H.261、H.262H.262、H.263 H.263 与与 H.264H.264；n 国际标准化组织国际标准化组织 (ISO)(ISO) ：ISO下属的运动图像工作组（MPEG，Motion Picture Expert Group）也对视频编码进行研究，推出的标准为MPEG系列，主要针对消 费类数字视频应用，如广播电视、VCD/DVD等视频存储，已经针对运动图像压 缩定义了 的MPEG 标准包括 MPEG1MPEG1、MPEG2 MPEG2 与与 MPEG4MPEG4等等。 注意：注意：除了 ITU 与 ISO 两个主要的标准组织以外，还有很多厂商、和组织

4、也进行视频编码技术研 究，并提出了相应的技术标准，如微软提出WMV9（并经美国电影电视工程协会(SMPTE)标准化 为VC-1标准 ），中国数字音视频编解码技术标准工作组提出AVS标准等。（这两个标准组织的工作并非完成独立，有时会相互合作，进行联合研究。随着视频应用的 日益广泛，两个标准组织之间的重合交叉部分会越来越多）7视频编码编码标准概述：视频编码编码标准概述：MPEGMPEG系列标准系列标准标准名称发布时间主要内容主要应用MPEG-11993年 正式推出包括系统（system）、视频（Video ）、音频（Voice）、一致性（ compliance）和参考软件（Software ）五个

5、部分编码高至1.5Mbit/s，编码分辨率为 SIF（Stand Input Format：320240 ），主要应用为VCD。MPEG-21994年1）前五部分与MPEG1相同，在MPEG-1 的基础上附加了一些特征帧格式和编 码选项 。 2）相对于MPEG-1，可支持更高的分辨可支持更高的分辨 率和率和传输传输 率，支持固定比特率率，支持固定比特率传传送、送、 可可变变比特率比特率传传送、随机送、随机访问访问 、分、分级编级编 码码、比特流、比特流编辑编辑 等功能等功能。MPEG-2主要用于数字存储媒体、高清 晰度电视和数字视频广播等领域（ SVCD，HDTV，DVD，DVB等），能够提

6、供广播级的视像和CD级的音质。 MPEG-2MPEG-2是迄今是迄今为为止最成功的止最成功的视频编码视频编码 技技术术MPEG-41999年1月 第一版1）标准中规定适应的3段比特率范围 分别为：低于低于64kbit/s64kbit/s；64kbit/s 64kbit/s 384kbit/s384kbit/s；384kbit/s384kbit/s4Mbit/s4Mbit/s。 2）MPEG-4标准定义了一种框架而不是 具体的算法，采用基于对象的方式， 通过对不同的视听对象（自然的或合 成的）独立进行编码实现较 高的压 缩效率，同时可实现基于内容的交互 功能，满足了多媒体应用中人机交互 的需求。

7、MPEG-4定位于多媒体业务在各个领域 的应用，不同的应用对应的码率、分 辨率、质量和服务也不同。 目前MPEG-4标准的主要应用领域有： 数字电视、实时多媒体监控、互联网 视频通信、低比特率下的移动多媒体 通信等。8视频编码编码标准概述：视频编码编码标准概述：MPEGMPEG系列标准系列标准标准名称发布时 间主要内容主要应用MPEG-7 MPEG-7MPEG-7（ISO/IEC 15938ISO/IEC 15938）一般称）一般称 为为多媒体内容描述接口，主要是多媒体内容描述接口，主要是 为为了了图图像、声音信息的有效管理像、声音信息的有效管理 和迅速搜索和迅速搜索问题问题 。MPEG-7定

8、义了 一个关于内容描述方式的可互操作 的框架，对多媒体内容进行描述 和检索，使多媒体信息查询 更加 智能化。目前已经实现 了的应用包括数 字图书馆 、广播媒体选择 、多 媒体目录服务、多媒体编辑 、 电子商务、家庭娱乐 等。MPEG-21 正式名称是多媒体框架，重点是正式名称是多媒体框架，重点是 为为从多媒体内容从多媒体内容发发布到消布到消费费所涉所涉 及的所有及的所有标标准建立一个基准建立一个基础础体系体系 ，支持各种多媒体设备 之间的互 操作。MPEG系列国际标准已经成为影响最大的多媒体技术标准，对数字电视、视听消费 电子产品、广播电视、多媒体通信等产业都有重大影响 9视频编码编码标准概述

9、：视频编码编码标准概述：MPEGMPEG系列标准系列标准注意： 1、MPEG-4标准定义的是一种框架，而不是具体的编码算法，这使得视频产品具备更大的灵活 性和可扩展性。按照MPEG4标准，设备厂商采用MPEG-4标准进行产品开发时，可根据应用需 求的不同，适当选择标准工具的子集。 2、这同时也是导致MPEG4产品之间兼容性差的一个重要原因。10视频编码编码标准概述：视频编码编码标准概述：H H系列标准系列标准标准名称发布时 间主要内容主要应用H.261 最早的运动图像压缩标 准，主要针对 ISDN上的双向视频通信应用（如视频 会议、可视电话 ）设计，支持 CIF（ 352288）及QCIF(1

10、76144) 分辨率 ，编码速率为 64kb/s 的倍数（P*64） 。由于主要用于由于主要用于对对延延迟迟敏感的双向敏感的双向视视 频频，因此，因此 H.261 H.261 仅仅允允许许采用采用 I I 与与 P P 帧帧，而不允，而不允许许 B B 帧帧。H.261已经过时 ，基本没有应用H.2621994年与MPEG2相同 H.263 H.263H.263是是ITU-TITU-T为为低于低于64kb/s64kb/s的窄的窄带带通信通信 信道制定的信道制定的视频编码标视频编码标 准准。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

11、者16CIF的彩色420亚取样图 像。其基本原理与 H.261 大同小异。 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 及其附件构成了 MPEG-4 中许多编码工具的核心。 H.263主要用于可视电话 和视讯会 议系统H.2642003.07H.264是视频编码 技术在过去几年最重 要的发展之一,由 ITU 和 ISO/IEC 的 联合视频小组 (JVT) 开发，具备比以 往各种视频编码标 准更高的压缩效率 。（更（更详细详细 情况参考后面的介情况参考后面的介绍绍）H.264是目前应用前景最广泛的视 频编码 ，目前已经广泛应用于视 讯会

12、议、视频监 控、可视电话 、 IPTV等领域，此外，DVD、数字电 视、移动视频 等领域也开始采用 H11视频编码编码标准概述：两大系列标准的关系视频编码编码标准概述：两大系列标准的关系MPEG2(也叫H.262)和H.264（也叫MPEG-4 AVC 或 MPEG-4 part10）都是ITU-T和ISO两个标准组织合作的结果12目录n n MPEGMPEG系列和系列和H.26XH.26X系列视频编码概述系列视频编码概述n n H.264H.264简介简介n n 其他常见视频编码其他常见视频编码13关于关于H.264H.264H.264H.264是两大标准组织合作的最新、最重要的成果：是两大

13、标准组织合作的最新、最重要的成果： H.264是ITU-T对该标准的称呼 ，在ISO的MPEG方面就称其为MPEG-4 Part 10（第10部分，也叫ISO/IEC 14496- 10），有时也叫MPEG-4 AVC（Advanced Video Coding）H.264是当前最炙手可热的视频编码标准！H.264H.264的主要优势的主要优势 n1、压缩效率更高：在相同的视频质量下，H.264与MPEG2相比节约超过50的带宽 n2、对信道时延的适应性较强：既可工作于低时延模式以满足实时业务，如会议电视等；又可工作于无时延限制的场合，如视频存储等； n 3、更好的网络适应性：H.264提供更

14、多的容错工具，加强对误码和丢包的处理，提高解码器的差错恢复能力； n4、在编/解码器中采用复杂度可分级设计：在图像质量和编码处理之间可分级，以适应不同复杂度的应用。 14H.264H.264的几个等级的几个等级n n 基本类（基本类（BaseLineBaseLine Profile Profile）：）：n降低了计算及系统内存需求，而且针对低时延进行了优化，所以BaseLine中不包括B帧的处理 ；适合于可视电话应用以及其他需要低成本实时编码的应用；n n 主类（主类（Main ProfileMain Profile）：）：n 相比于基本类，压缩效率提高了很多，但其要求的处理能力也比基本类高许

15、多，适合于广播与内容存储应用，如广播与内容存储应用，如SDTV/HDTVSDTV/HDTV、DVDDVD等等；n n 扩展类（扩展类（Extend ProfileExtend Profile）：）：n扩展类支持除CABAC外所有H.264/AVC特性，更适合于用于各种网络视频流传输，主要定位于网络流媒体应用等； n n 高级类（高级类（High ProfileHigh Profile）：）：n nH.264 HPH.264 HP是后来又新推出一个版本，主要是保真度范围扩展是后来又新推出一个版本，主要是保真度范围扩展 ( (FRExtFRExt) ) ，H.264 中添加了一整套工具，大幅提升H.264的性能，主要应用于高清广播与 DVD等应用。15Tempete CIF 30Hz25262728293031323334353637380500100015002000250030003500 Bit-rate kbit/sQuality Y-PSNR dBMPEG-2 H.263MPEG-4H.264几种常用编码算法的压缩效率比较可见，H.264的编码压缩性能最高，在相同的图象质量下，H.264所需带宽约为MPEG-2的36% 、H.263的51、MPEG-4的16几种常用编码算法对性能的要求比较单片TI DM6446 平台处理 D 1 30fps(4