H.264视频编码算法的认识与理解

H.264，同时也是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。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）而明确的说明它两方面的开发者。
　　H264标准各主要部分有Access Unit delimiter（访问单元分割符），SEI（附加增强信息），primary coded picture（基本图像编码），Redundant Coded Picture（冗余图像编码）。还有Instantaneous Decoding Refresh（IDR，即时解码刷新）、HypotheTIcal Reference Decoder（HRD，假想参考解码）、HypotheTIcal Stream Scheduler（HSS，假想码流调度器）。
　　H.264视频编码优势
　　1．低码率（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。
　　2．高质量的图像：H.264能提供连续、流畅的高质量图像（DVD质量）。
　　3．容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。
　　4．网络适应性强：H.264提供了网络抽象层（Network AbstracTIon Layer），使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输（例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。
　　解码原理
　　首先解析码流的头数据，获取编码图像的有关参数，包括帧编码类型（I/P）、图像宽度或高度等，后续就是以宏块为单位循环解码，图中的阴影框表示以宏块为处理单元循环执行。熵解码是可变长编码VLC的逆操作，即VLD。H.263/MPEG-1/2/4是Huffman熵解码，即通常意义上的VLD，而H.264则是采用了算术解码，又包括CAVLD、CABAD。另外，
　　对于帧间编码的宏块，解码器还要解析出当前宏块的运动向量。熵解码后是反量化操作，反量化就是量化结果乘以量化步长，对于不同的解码算法又有不同的反量化处理，H.263采用了32级的均匀量化，即宏块数据采取一个量化步长；MPEG-4除了支持H.263的均匀量化外，还增加了量化表的处理方式；H.264采用了52级的均匀量化方式。反量化处理后，进行反变换IDCT，对H.263/MPEG-1/2/4采取了8&TImes;8块的浮点式IDCT，H.264采取了4×4的整数ICT。运动补偿是解码器中的重点，占用了约60％以上的计算负荷，这是因为码流统计中帧间编码为主要的编码类型，而与之对
　　应的处理就是插值运动补偿，根据从码流中解析的运动向量信息，定位参考帧的确切位置，然后计算1/2、1/4像素精度的插值，最后把结果补偿（加）到重建帧中。解码器中的最后处理是可选的去除块效应（MPEG-4）、环路滤波（H.264）、图像扩展等。
H.264视频编码特点
　　1．更高的编码效率：同H.263等标准的特率效率相比，能够平均节省大于50%的码率。
　　2．高质量的视频画面：H.264能够在低码率情况下提供高质量的视频图像，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。
　　3．提高网络适应能力：H.264可以工作在实时通信应用（如视频会议）低延时模式下，也可以工作在没有延时的视频存储或视频流服务器中。4．采用混合编码结构：同H.263相同，H.264也使用采用DCT变换编码加DPCM的差分编码的混合编码结构，还增加了如多模式运动估计、帧内预测、多帧预测、基于内容的变长编码、4x4二维整数变换等新的编码方式，提高了编码效率。
　　5．H.264的编码选项较少：在H.263中编码时往往需要设置相当多选项，增加了编码的难度，而H.264做到了力求简洁的“回归基本”，降低了编码时复杂度。
　　6．H.264可以应用在不同场合：H.264可以根据不同的环境使用不同的传输和播放速率，并且提供了丰富的错误处理工具，可以很好的控制或消除丢包和误码。
　　7．错误恢复功能：H.264提供了解决网络传输包丢失的问题的工具，适用于在高误码率传输的无线网络中传输视频数据。
　　8．较高的复杂度：264性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的。据估计，H.264编码的计算复杂度大约相当于H.263的3倍，解码复杂度大约相当于H.263的2倍。
　　H.264视频编码算法四大优势
　　1、将每个视频帧分离成由像素组成的块，因此视频帧编码处理的过程可以达到块的级别。
　　3、对连续帧的不同块采用临时存放的方法，这样，只需对连续帧中有改变的部分进行编码。该算法采用运动预测和运动补偿来完成。对某些特定的块，在一个或多个已经进行了编码的帧执行搜索来决定块的运动向量，并由此在后面的编码和解码中预测主块。
　　2、采用空间冗余的方法，对视频帧的一些原始块进行空间预测、转换、优化和熵编码（可变长编码）。
　　4、采用剩余空间冗余技术，对视频帧里的残留块进行编码。例如，对于源块和相应预测块的不同，再次采用转换、优化和熵编码。