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H.264/AVC 越來越熱門了，偶也來關心一下，轉個文章看看。

H.264--保證清晰視瀕的尖端武器 作者：山大聯潤訊息科技有限公司 文章來源：IT168


如果您對比使用過視維和其他品牌的視瀕會議產品，您會發現，在相同的網路條件下，使用相同的機器，視維產品的視瀕清晰度和流暢度要遠遠高於其他產品，視維是如何解決「視瀕品質」和「網路帶寬佔用」這個矛盾的呢？

在視瀕會議套用中，視瀕品質和網路帶寬佔用是矛盾的，通常情況下視瀕流佔用的帶寬越高則視瀕品質也越高；如要求高品質的視瀕效果，那麼需要的網路帶寬也越大；解決這一矛盾的鑰匙當然是視瀕編解碼技術。評判一種視瀕編解碼技術的優劣，是比較在相同的帶寬條件 下，哪個視瀕品質更好；在相同的視瀕品質條件下，哪個佔用的網路帶寬更少。

視瀕編解碼技術有兩套標準，國際電聯（ITU-T）的標準H.261、H.263、H.263+等；還有ISO 的MPEG標準Mpeg1、Mpeg2、Mpeg4等等。H.264/AVC是兩大組織集合H.263+和Mpeg4的優點聯合推出的最新標準，最具價值的部分無疑是更高的資料壓縮比。在同等的圖像品質條件下，H.264的資料壓縮比能比H.263高2倍，比MPEG-4高1.5倍。

以下我們簡單介紹H.264的概念和發展，並探討H.264技術實用化的可能性。

H.264/AVC是什麼？
H.264/AVC標準是由ITU-T和ISO/IEC聯合開發的，定位於覆蓋整個視瀕套用領域，包括：低碼率的無線套用、標準清晰度和高清晰度的電視廣播套用、Internet上的視瀕流套用，傳輸高清晰度的DVD視瀕以及套用於數位相機的高品質視瀕套用等等。

ITU-T給這個標準命名為H.264（以前叫做H.26L），而ISO/IEC稱它為MPEG-4 進階視瀕編碼（Advanced Video Coding，AVC）,並且它將成為MPEG-4標準的第10部分。既然AVC是當前MPEG-4標準的拓展，那麼它必然將受益於MPEG-4開發良好的基礎結構（比如系統分層和音瀕等）。很明顯，作為MPEG-4進階簡潔框架（Advanced Simple Profile，ASP）的MPEG-4 AVC將會優於現用的MPEG-4視瀕壓縮標準，它將主要套用在具有高度壓縮率和分層次品質需求的方向。

就像在下邊「視瀕編碼歷史」表格中看到的，ITU-T和ISO/IEC負責以前所有的國際視瀕壓縮標準的設定。到目前為止，最成功的視瀕標準是MPEG-2，它已經被各種市場領域所廣泛接受比如DVD、數位電視廣播（覆蓋電纜和通訊衛星）和數位機上盒。自從MPEG-2技術產生以來，新的H.264/MPEG-4 AVC標準在編碼效率和品質上有了巨大的提高。隨著時間的過去，在許多現有的套用領域，H.264/MPEG-4 AVC將會取代MPEG-2和MPEG-4，包括一些新興的市場（比如ADSL視瀕）。

數位視瀕編解碼技術的演變

國際標準通常是由國際標準化組織ISO在國際電信聯盟 ITU的技術建議的基礎上制訂的。數位視瀕編解碼標準也經歷了多次變革，其演變工作如圖所顯示：


很明顯，H264標準使運動圖像壓縮技術上升到了一個更高的階段，在較低帶寬上提供高品質的圖像傳輸是H.264的套用亮點。H.264的推廣套用對視瀕終端、網守、網路閘道、MCU等系統的要求較高，將有力地推動視瀕會議軟設備在各個方面的不斷完善。

H.264的核心競爭力
H.264最具價值的部分無疑是更高的資料壓縮比。壓縮技術的基本原理就是將視瀕文件中的非重要訊息過濾，以便讓資料能夠更快地在網路中傳輸。在同等的圖像品質條件下，H.264的資料壓縮比能比當前DVD系統中使用的MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。正因為如此，經過H.264壓縮的視瀕資料，在網路傳輸程序中所需要的帶寬更少，也更加經濟。

在MPEG-4需要6Mbps的傳輸速率匹配時，H.264只需要3Mbps-4Mbps的傳輸速率。我們用交通運輸來做更加形象的比喻：同樣是用一輛卡車運輸一個大箱子，假如MPEG-4能把箱子減重一半，那麼H.264能把箱子減重為原來的1/4，在卡車載重量不變的情況下，H.264比MPEG-2讓卡車的載貨量增加了二倍。

H.264獲得優越效能的代價是計算複雜度的大幅增加，例如分層設計、多畫格參論、多模式運動估計、改進的畫格內預測等，這些都顯著提高了預測精度，從而獲得比其他標準好得多的壓縮效能。

不斷提高的硬體處理能力和不斷最佳化的軟體算法是H.264得以風行的生存基礎。早在十年前，主頻為幾十兆的CPU就達到了頂級，而如今普通的桌上型，CPU的主頻已經高達幾千兆。按照摩爾定律的說法，晶片服務機構面積的容量每18個月翻一番，因此H.264所 增加的運算複雜度相對於效能提升效果而言微不足道。更何況新的計算方法層出不窮，也相對緩解H.264對處理速度的飢渴需求。

H.264 與MPEG-4的比較

1、在極低碼率（32-128Kbps）的情況下，H.264與MPEG-4相比具有效能倍增效應，即： 相同碼率的H.26L媒體流和MPEG-4媒體流相比，H.26L擁有大約3個分貝的增益（畫質水準倍增）。 32Kbps的H.26L媒體流，其信躁比與128K的MPEG-4媒體流相近。即在同樣的畫面品質下，H.264的碼率僅僅為MPEG-4的四分之一。



2、 H.26L在中低碼率下與MPEG-4比較： 在中低碼率（32-128Kbps）的情況下，H.26L與MPEG-4相比具有效能倍增效應。


H.264標準推出僅一年，大部分宣傳支持H.264的終端廠商主要都是支持H.264的基本等級。因為H.264編解碼複雜度的增加，對終端廠商的視瀕處理能力提出了挑戰。現有的平台，要麼就根本無法做H.264的編解碼，要麼就不能支持高碼率下的編解 碼。而視維視瀕會議產品最大支持640*480，視瀕標準採用最新的高碼率編解碼技術，圖像清晰流暢。在帶寬節約39%的基礎上視瀕品質的信噪比要比同類產品高出40%，是目前視瀕品質最好的編碼技術。


H.264/AVC核心技術概覽

就像在圖中看到的一樣，這個新的標準是由下面幾個處理步驟組成的：

畫格間和畫格內預測
變換（和反變換）
量化（和反量化）
環路濾波
熵編碼

單張的圖片流組成了視瀕，它能分成16X16像素的「巨集塊」，這種分塊方法簡化了在視瀕壓縮算法中每個步驟的處理程序。舉例來說，從標準清晰度標準視瀕流解決方案（720X480）中截取的一幅圖片被分成1350（45X30）個巨集塊，然後在巨集塊的層次進 行進一步的處理。

畫格間預測

改良的運動估計。運動估計用來確定和消除存在於視瀕流中不同圖片之間的時間冗余。當運動估計搜尋是根據過去方向的圖片，那麼被編碼的圖片稱為「P畫格圖片」，當搜尋是根據過去和將來兩種方向的圖片，那麼被編碼的圖片被稱為「B畫格圖片」。

為了提高編碼效率，為了包含和分離在「H.264運動估計-改良的運動估計」圖中的運動巨集塊，巨集塊被拆分成更小的塊。然後，以前或將來的圖片的運動向量被用來預測一個給定的塊。H.264/MPEG-4 AVC發明了一種更小的塊，它具有更好的靈活性，在運動向量方面可以有更高的預測精度。

H.264運動估計-改良的運動估計

畫格內預測

不能運用運動估計的地方，就採用畫格內估計用來消除空間冗余。內部估計通過在一個預定義好的集合中不同方向上的接近塊推測相鄰像素來預測當前塊。然後預測塊和真實塊之間的不同點被編碼。這種方法是H.264/MPEG-4 AVC所特有的，尤其對於經常存在空間冗余的平坦背景特別有用。一個例子就是下邊展示的「H.264內部估計」。

H.264內部估計

變換

運動估計和內部估計後的結果通過變換被從空間域轉換到頻率域。H.264/MPEG-4 AVC使用整數DCT4X4變換。而MPEG-2和MPEG-4使用浮點DCT8X8變換。

更小塊的H.264/MPEG-4 AVC減少了塊效應和明顯的人工痕跡。整數係數消除了在MPEG-2和MPEG-4中進行浮點係數運算時導致的精度損失。

H.264變換

量化

變換後的係數被量化，減少了整數係數的預測量和消除了不容易被感知高頻係數。這個步驟也用來控制輸出的比特率維持在一個基本恆定的常量。

H.264量化/碼率控制

環路濾波

H.264/MPEG-4 AVC標準定義了一個對16X16巨集塊和4X4塊邊界的解塊過濾程序。在巨集塊這種情況下，過濾的目的是消除由於相鄰巨集塊有不同的運動估計檔案類型（比如運動估計和內部估計）或者不同的量化參數導致的人工痕跡。在塊邊界這種情況下，過濾的目的是消除可能由於變換 /量化和來自於相鄰塊運動向量的差別引起的人工痕跡。環路濾波通過一個內容自適應的非線性算法修改在巨集塊/塊邊界的同一邊的兩個像素。

熵編碼

在熵編碼之前，4X4的量化係數必須被重排序。根據這些係數原來採用的預測算法為運動估計或者內部估計的不同來選項不同的掃瞄檔案類型新增一個重排序的串行化流。掃瞄檔案類型按照從低頻到高頻的順序排序這些係數。既然高頻係數大多數趨向於零，那麼利用游程編碼就可 以縮減零的數目，從而高效的達到熵編碼的目的。

H.264熵編碼-係數的串行化

在熵編碼步驟通過映射符號的字元流來表示運動向量，量化係數和巨集塊頭。熵編碼通過設計用一個較少的比特位數來表示頻繁使用的符號，比較多的比特位數來表示不經常使用的符號。


H.264雖然具有如此優秀的特點，但是標準算法卻需要耗費巨大的系統資源，硬體視瀕會議昇級到H.264的困難在於此，原有的晶片無法支持如此大量的運算；軟體視瀕會議系統昇級到H.264的困難也在於此，普通PC的處理能力無法滿足編碼H.264的要 求。