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1、H.264/AVC发展现状目录1H.264/AVC发展现状21.1H.264/AVC简介21.2H.264/AVC编码工具21.3H.264/AVC最近发展32SVC发展现状42.1SVC简介42.2SVC对h264的技术扩展，语法扩展42.2.1语法扩展42.2.2技术扩展53MVC发展现状63.1多视点视频概念63.2多视点视频编码的主要研究内容63.2.1预测结构63.2.2提高MVC编码效率的技术63.2.3MVC高层语法74H.265发展现状74.1H.265提出的主要目标74.2H.265最近发展84.2.1自适应插值滤波器84.2.21/8像素精度运动补偿预测测94.2.3运动矢
2、量竞赛机制94.2.4自适应量化矩阵选择94.2.5空域和频域自适应预测残差编码10视频编码方法现状摘要:随着数字技术的发展，世界视频设备市场已经进入从模拟设备向数字设备的转型期。与传统的模拟电视相比，数字视频技术的突出特点是采用了全数字的图像/声音处理技术。随着这些数字视频系统的日益成熟和不断发展，针对不同的应用领域，一系列相应的数字视频音频编码标准也迅速地制定并不断得到完善。Abstract：With the development of digital technology, the video equipment market has transformed from an analo
3、g to digital. Compared with traditional analog TV, the salient features of digital video technology is all-digital image / sound processing technology. Digital video systems become more sophisticated and have continuous development for different applications. A series of digital video and audio codi
4、ng standard are quickly developed and kept getting better.1 H.264/AVC发展现状1.1 H.264/AVC简介当前的数字视频主要以MPEG-2为基础，这是一个已经使用了十多年的旧标准，已经达到了它的压缩效率极限。H.264，或称MPEG-4第十部分，是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。H.264是ITU-T以H.26x系列为名称命名的标准之一，同时AVC是ISO/IECMPEG一方的称
5、呼。这个标准通常被称之为H.264/AVC（或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4 AVC或MPEG-4/H.264 AVC）。ITU-T的H.264标准和ISO/IEC MPEG-4第10部分（正式名称是ISO/IEC 14496-10）在编解码技术上是相同的，这种编解码技术也被称为AVC，即高级视频编码（Advanced Video Coding）。1.2 H.264/AVC编码工具H.264/AVC作为新一代视频编解码标准，采用了一系列新的编码工具使压缩率获得重大突破。这些编码工具主要包括如下几种。1）帧内空域预测图像内通常都有很高的空间相关性，以往的标准没有充分利用这一特性
6、。H.264/AVC引入了空域的内预测技术。能够提高帧内编码图像的编码效率。2）低复杂度整数变换及无除法量化由于DCT变换具有较好的去相关性，并且计算复杂度低，一直用于以前的编码标准中。但这种浮点DCT的缺点是需要浮点乘法计算，并且正变换与逆变换由于精度误差不是完全匹配，因而可能产生偏移误差。H.264/AVC采用整数变换，降低变换复杂度，将量化和变换结合，把量化的除法与变换归一化结合起来，可通过乘法与移位实现，避免了除法运算。3）增强的帧间预测能力4）多帧参考技术在H.264/AVC中，可采用多个运动帧进行运动估计。5）可变块大小预测在H.264/AVC中，一个宏块可进行从1616到44的划
7、分。灵活的宏块划分可以更接近图像中的不同运动物体的形状。6）子像素精度运动补偿H.264/AVC中采用了1/4像素精度的运动补偿。7）多模式帧间预测H.264/AVC支持丰富的帧间预测模式。8）基于上下文的适应性变长/算术编码H.264/AVC引入全新的上下文自适应变长编码CAVLC以及上下文自适应算术编码CABAC。这两种编码方法充分地挖掘编码元素的上下文相关性，可以根据上下文选择合适的模型进行编码，进一步提高编码效率。9）环路滤波H.264/AVC把去块效应滤波放在运动补偿的环路中，既可以去除块效应，也可以提高后续预测参考图像的质量。1.3 H.264/AVC最近发展H.264压缩效率的提
8、高是以压缩算法复杂度的提高为代价的，其解码复杂度大约是MPEG-2的2-3倍，为此国外厂商纷纷投入资金，对基于H.264技术的解码芯片进行了研发，形成了多种H.264解决方案，实现H.264HPL4级别的实时解码。目前，主要有以下几种方案：基于专用芯片的结构(SoC+ASIC)；基于DSP+ARM的结构；基于x86的结构1。H.264解码芯片市场，目前被Conexant，Broadcom，SignalDesigns，STMicroelectronics等企业垄断。各方案比较参见下表。3方案典型芯片优点缺点SoC+ASICCX2418X因使用专用芯片，故成本低廉，便于推广无法进行软件升级，系统支
9、持的每个编解码器都需要单独的硬件，资源浪费DSP+ARMDM642由于其可编程性，基于单个应用开发的IP核能得到重复利用，可对不同的压缩标准进行解码，集成了丰富的外围设备，开发方便CABAC等模块在移植到DSP后效率比较低，功耗问题得不到有效解决基于x86X-Stream VP提供丰富的应用程序，开发周期短价格昂贵，不易普及表1-1 不同解决方案的优缺点2 SVC发展现状2.1 SVC简介除此之外，JVT专门针对可伸缩编码需要，提出了SVC(scalable video coding)可伸缩编码技术。编码生成的一个SVC码流，能够提供在多种不同处理能力终端、不同网络带宽情况下的解码服务，同时达
10、到接近非可伸缩编码码流的图像质量。H.264SVC是以H.264为基础，在语法和工具集上进行了扩展，支持具有分级特性的码流，H.264SVC是H.264标准的附录G，同时作为H.264新的profile。H.264SVC在2007年10月成为正式标准。H.264 SVC以H.264/ AVC视频编解码器标准为基础，利用了AVC编解码器的各种高效算法工具，在编码产生的编码视频时间上（帧率）、空间上（分辨率）可扩展，并且是在视频质 量方面可扩展的，可产生不同帧速率、分辨率或质量等级的解码视频。通过在GOP（编码图像组）中设置可丢弃的参考帧实现时间上的可分级。0-16视频帧构成全帧率视频，除T3标志
11、外的所有视频帧构成了半帧率视频，所有 T0标志和T2标志的视频帧构成了1/3帧率视频，所有只是T0标志的视频帧构成了1/4帧率视频。2.2 SVC对h264的技术扩展，语法扩展2.2.1 语法扩展对NAL（Network Adaptive Layer）头进行了扩展，用于描述码流的分级信息。为了便于描述AVC兼容码流的分级特性，定一个NAL类型为14的前缀NAL，该类型的NAL出现在AVC兼容码流的NAL前面，用于描述AVC基本层码流的分级信息。使用保留的NAL类型15、20编码增强层码流。nal_unit( NumBytesInLunit) CDescriptor forbldden_zero
12、_bitAllf(1) nal_ref_idcAllu(2) nal_unit_typeAllu(5) NumBytesInRBSP=0 nalUnitHeaderBytes= If(nal_unit_type=14|nal_unit_type=20) nal_unit_header_svc_extension() /*specified in Annex G*/All nalUnitHeaderBytes+=3表2-1 NAL头扩展nal_unit_header_svc_extension()CDescriptor reserved_one_bitAllu(1) idr_flagAllu(1
13、) priority_idAllu(6) no_inter_layer_pred_flagAllu(1) dependency_idAllu(3) quality_idAllu(4) temporal_idAllu(3) use_ref_base_pic_flgAllu(1) discardable_flagAllu(1) putput_flagAllu(1) reserved_three_2bitsAllu(2)表2-2 扩展LAL头内容2.2.2 技术扩展分层编码为了提高编码效率，就需要最大程度的利用层间相关性。SVC增加了层间预测的工具集，主要如下：1) 层间帧内预测（Inter-lay
14、er intra prediction）。2) 层间宏块模式和运动参数预测（Inter-layer macroblock mode and motion prediction）。3) 层间残差预测（Inter-layer residual prediction）3 MVC发展现状3.1 多视点视频概念多视点视频指的是由不同视点的多个摄像机从不同视角拍摄同一景得到的一组视频信号，是一种有效的3D视频表示方法，能够更加生动地再现场景，提供立体感和交互功能。与单视点视频相比，多视点视频的数据量随着摄像机的数目增加而线性增加。巨大的数据量已成为制约其广泛应用的瓶颈，为此，ITU-T 和MPEG 的联合
15、视频组（JVT，joint video team）提出了多视点视频编码（MVC，multiview video coding）的概念。MVC主要致力于多视点视频的高效压缩编码，是未来视频通信领域中的一项关键技术。3.2 多视点视频编码的主要研究内容3.2.1 预测结构为了提高帧间预测的准确性，H.264/AVC引入了多参考图像预测技术。该技术使用多个参考图像进行位移估值和帧间预测，从而获得相对精确的匹配块，降低预测差（residual）信号的能量，提高编码效率。在H.264/AVC编码框架下，去除视点间冗余最直接的方式是在编码当前图像时使用其他视点中的已解码图像作为参考图像进行位移估值和帧间预测，这种方法称为视点间预测。如何设计时间预测和视点间预测以有效利用时间和视点间相关性是MVC 预测结构需要解
