视频压缩标准.ppt

1、1,H.263,低比特率通信的编码 1996年3月H.263建议正式发布 H.263：以运动估计、运动补偿和DCT变换为核心的一种混合编码 原始视频数据分为图像层、块组层、宏块层、块层四个层次； H.263共有I帧，P帧，PB帧三种帧模式 帧内编码(INTRA)、帧间编码(INTER)两种编码模式。为了进一步提高编码效率，H.263提供了四种可选的编码模式：无限制运动矢量模式、基于语法结构的算术编码模式、先进的预测模式和PB帧模式。,2,H.263协议的组成框图,3,1 、H.263的编码层次 四个层次： 图像层 块组层 宏块层 块层。 最常用的QCIF 图像格(亮度分辨 率为176 X 14

2、4),4,H.263图像层的编码分为帧内编码(INTRA)和帧间编码(INTER)。输入宏块MB是采用帧内编码还是采用帧间编码，是根据比较前后两帧的相关性，若相关性弱则采用帧内编码，若相关性强则采用帧间编码。 视频序列图像的相关性分为空间相关性和时间相关性。DCT变换能够去除图像的空间冗余度，即去除空间相关性；而块运动估计和运动补偿技术可以有效去除视频帧间冗余度，即去除时间相关性。,5,2、运动估计和运动补偿 原理可描述为: (1)当前帧在过去帧(前一帧)的搜索窗口中寻找匹配部分，找到运动矢量； (2)根据运动矢量，将前一帧位移，求得对当前帧的估计(预测)； (3)将这个估计(预测)和当前帧相

3、减，求得估计(预测)的误差值； (4)将运动矢量和估计(预测)的误差值送到接收端去； (5)接收端根据收到的运动矢量将过去帧(前一帧)作位移(也就是对当前帧的估计)，再加上接收到的误差值，就是当前帧了。,6,块匹配法： 块匹配算法主要解决两个问题： (1)如何确定两个块的相似性问题，即块匹配的准则； (2)如何寻找最相似块，即搜索方法。 对这两个问题的不同解决方案，构成了不同的运动估计算法，这也是目前运 动估计的两个研究热点。,7,3、变换编码 对于帧内编码（INTRA）模式，直接对原始亮度和色度块 做二维离散余弦变换； 对于帧间编码(INTER)模式，对经过运动补偿后的预测误 差信号以块为单

4、位进行二维离散余弦变换。 4、量化 在H.263中，在一个宏块内的量化步长是相同的，也就是说，量化器矩阵是相同的。除了帧内块的第一个系数（直流系数）固定量化步长为8外，其余的量化步长可以是2到62之间的任意偶数值。,8,5 、Zigzag（“Z”字型）扫描及变长编码 H.263协议中DCT量化系数是按照“Z”字型的顺序扫描排列为一个一维数组，扫描后一维数组中的第一个位置为直流系数（DC系数），其它63个交流系数（AC系数）按低频到高频的顺序排列。 游程码 和 Huffman编码,9,6、码率控制 视频编码方案中的一个重要组成部分。在H.263编码算法中主要采用的基于帧间和帧内两个层次来实现码率

5、控制的。由于对各视频帧采用的编码方式不一样，各帧的活动性大小也不尽相同，使得各帧编码后产生的比特数存在不小的差异。为了适应在固定速率信道中进行码流实时传输的要求，编码器需要使用缓冲区技术来平滑码率的抖动。码率控制算法的任务就是，通过改变量化阶梯大小、跳帧、编码方式选择等可行方法，控制和稳定编码器的输出码流速率，确保缓冲区既不上溢也不下溢，同时尽可能获得更高的重建图像质量。,10,原视频图序列的13帧 解码后视频图序列的13帧 PSNR (DB) 37.1725 Frame/s 25,11,H.264 2001年12月，VCEG和运动图像专家组（MPEG- ISO/IEC JTC 1/SC 29

6、/WG 11）组成了联合 视频组（JVT，Joint Video Team），研究新的 编码标准H.264/AVC，是MPEG4的第十部分。 2003年3月正式获得批准。 H264的具体目标主要有两个： 提高编码效率和增强对网络的适应性。 没有一个单一的算法做出特别的贡献，而是通过对大量的小的改善算法综合产生的结果。,12,1、特性 1. 码率低：和MPEG-2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MPEG-2的1/21/3。显然，H.264压缩技术的采用将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。 2. 图像质量高：H.264能提供连续、流畅的高质量图像 3. 容

7、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提供了网络适应层， 使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输。,13,2 、组成和原理,14,1、帧内预测编码模式 H.264引入了Intra预测的方法，利用相邻宏块的相关性对待编码的宏块进行预测，对预测残差进行变换编码，以消除空间冗余。值得注意的是，以前的标准是在变换域中进行预测，而H.264是直接在空间域中进行预测，将编码图像边沿进行外推应用到当前帧内编码图像的预测。,15,2 、 H.264对帧间预测编码模式下的改进 搜索块的大小：支持可变块大小运动补偿 搜索的精度 ：1/

8、4采样精度运动补偿 搜索范围 参考图象的数量 参考图象的选择 预测值的计算：加权运动补偿预测 消除块效应：循环去块效应滤波器 变换块的大小 支持短字长变换和完全匹配反变换 采用CAVLC（上下文自适应的可变长编码）和CABAC（上下文自适应二进制算术编码）,16,3、 H.264/AVC增加了强大的纠错功能 H.264超越以往的视频编解码标准，成为各个厂商竞争的焦点。 目前，各主流厂商纷纷宣布，已经或将在明年推出产品化的H.264。在视频广播领域， 美国哈雷公司宣布其产品MV100编码器可以支持H.264协议， 在欧洲，有两个用户已经选用了此种编码器。 一个是法国的卫星及直播星运营商Canal

9、Satellite，它采用哈雷高性能的数字前端系统在ADSL上传输视频业务，MV100超低码率编码能力可以实现在多种电信网上传输广播级视频节目。 另外是第一个即将投入正式商业运营的英国Video network limited。,17,MPEG-1 该标准于1991年制定，目标码率是大约1.2Mbps(包括音频和视频在内1 .5Mbps)的比特率下生成接近VHS质量的视频。可以用于视频传输或者视频存储，如家庭VCD的视频压缩。 MPEG-2 多用于数字广播（DVB），家庭DVD和高清晰度电视（HDTV）。 AVS视频压缩标准： 数字音视频编解码技术标准化,18,MPEG-4 基于视频对象的压缩标准，于1999年制定，它除了定义视频压缩编码标准外，还强调了多媒体通信的交互性和灵活性。它的制订是为了支持传统视频应用的同时，满足新一代高度交互性多媒体应用系统的