数字电视H.2 6 4编码技术分析及应用展望
[09-14 01:03:56] 来源:http://www.88dzw.com 电子制作 阅读:8759次
文章摘要:0 引言 典型的数字电视系统是在发送端的数字电视节目源(主要由视频、音频等数据组成)先经过信源编码处理.得到压缩编码后的视频、音频码流,随后进行信源编码,需要辅助数据与控制数据的支持。信道编码实现检错、纠错功能,以提高数字电视传输信号的抗干扰能力,以便之适应信道传输特性,再进行载波调制以实现频谱搬移最后送入传输信道。目前数字视频领域,有两大制定视频编码标准的组织,它们是ITU-T与ISO/IEC。ITU-T制定的标准包括H.261、H.263、H.264,主要应用于实时视频通信领域,如会议电视。MPEG系列标准是由ISO/IEC制定的,主要应用于视频存储(VCD、DVD)、广播电视、因特
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0 引言
典型的数字电视系统是在发送端的数字电视节目源(主要由视频、音频等数据组成)先经过信源编码处理.得到压缩编码后的视频、音频码流,随后进行信源编码,需要辅助数据与控制数据的支持。信道编码实现检错、纠错功能,以提高数字电视传输信号的抗干扰能力,以便之适应信道传输特性,再进行载波调制以实现频谱搬移最后送入传输信道。目前数字视频领域,有两大制定视频编码标准的组织,它们是ITU-T与ISO/IEC。ITU-T制定的标准包括H.261、H.263、H.264,主要应用于实时视频通信领域,如会议电视。MPEG系列标准是由ISO/IEC制定的,主要应用于视频存储(VCD、DVD)、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。H.264具有较强的抗误码特性,可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。
1 编码技术分析
1.1 帧内预测编码
帧内编码用来缩减图像的空间冗余。为了提高H.264帧内编码的效率,在给定帧中充分利用相邻宏块的空间相关性,相邻的宏块通常含有相似的属性。因此,在对一给定宏块编码时,首先可以根据周围的宏块预测(典型的是根据左上角的宏块,因为此宏块已经被编码处理),然后对预测值与实际值的差值进行编码,这样,相对于直接对该帧编码而言,可以大大减小码率。如图l。
1.2 帧间预测编码
帧间预测编码利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。H.264的运动补偿支持以往的视频编码标准中的大部分关键特性。
(1)不同大小和形状的宏块分割
对每一个16×16像素宏块的运动补偿可以采用不同的大小和形状。
(2)高精度的亚像素运动补偿
在H.263中采用的是半像素精度的运动估计,而在H.264中可以采用1/4或者1/8像素精度的运动估值。在要求相同精度的情况下,H.264使用1/4或者1/8像素精度的运动估计后的残差要比H.263采用半像素精度运动估计后的残差来得小。这样在相同精度下,H.264在帧间编码中所需的码率更小。
(3)多帧预测
H.264提供可选的多帧预测功能,在帧间编码时,可选5个不同的参考帧,提供了更好的纠错性能,这样便可以改善视频图像质量。这一特性主要应用于以下场合:周期性的运动、平移运动、在两个不同的场景之间来回变换摄像机的镜头。
(4)去块滤波器
H.264定义了自适应去除块效应的滤波器,这可以处理预测环路中的水平和垂直块边缘,大大减少了方块效应。
1.3 熵编码
视频编码处理的最后一步就是熵编码,在H.264中采用熵编码方法有三种。第一种是Exp-Golomb码,它适用于除变换系数之外的所有其他系数。第二种是基于上下文的自适应变长编码(CAVLC),它适用于变换系数。第三种是基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)。CAV-LC与CABAC根据相邻块的情况进行当前块的编码,以达到更好的编码效率。CABAC比CAVLC压缩数率高,但要复杂一些。
(1)Exp-Golomb码:最简单的熵编码方法是对所有的句法元素,除了量化系数外,使用单一无限可扩展的码字表,这样就不必为每个句法元素设计一个专用的VLC表。它适用于除变换系数之外的所有符号,如头部等句法元素。它是有规则结构的可变长编码(如表1)。
(2)CAVLC编码:基于上下文的自适应变长编码是用来对差值的经zig-zag扫描的4×4(和2×2)块变换系数进行编码的方法。CAVLC利用了量化的4×4块的若干特性:①预测、变换和旦化后的块一般是稀疏的(包含了很多个0)。CAVLC利用游程编码来紧凑地代表一长串0。②zig-zag扫描后的最高非零系数常常是+1/-1的序列。③相邻块的非零系数数目是相关的。系数的数目用对照表来编码,对照表的选择取决于相邻块中非零系数数目。④非零系数的幅度在重排数组的开始处比较高(接近DC系数),在高频处比较低。CAVLC利用这一点根据最近编码的幅度,适当地选择幅度参数的VLC对照表。
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