视频协议详解

1、视频协议详解H. 261 （ITU-T国际电信联盟）H.261又称为P*64,其中P为64kb/s的取值范用，是1到30的可变参数，它最初是针对在 ISDN上实现电信会议应用特别是面对面的可视电话和视频会议而设计的。实际的编码算法类 似丁 MPEG算法，但不能与后者兼容。H.261在实时编码时比MPEG所占用的CPU运算虽 少得多，此算法为了优化带宽占用虽，引进了在图像质虽与运动幅度之间的平衡折中机制，也 就是说，剧烈运动的图像比相对静止的图像质虽:耍差。因此这种方法是屈于恒定码流可变质虽 编码而非恒定丿贡虽可变码流编码。H.261是1990年ITU-T制定的一个视频编码标准，屈丁视频编解码器

2、。其设计的口的是 能够任带宽为64kbps的倍数的综合业务数字网（ISDN for Integrated Services Digital Netw ork）上传输质虽可接受的视频信号。编码程序设计的码率是能够在40kbps到2Mbps之间工作， 能够对CIF和QCIF分辨率的视频进行编码，即亮度分辨率分别是352x288和176x144,色 度采用420采样，分辨率分别是176X144和88x72。在1994年的时候,H.261使用向后兼容 的技巧加入了一个能够发送分辨率为704x576的静止图像的技术。H.261是第一个实用的数字视频编码标准。H.261使用了混合编码框架，包括了基T运动

3、补偿的帧间预测，基丁离散余眩变换的空域变换编码，虽化，zig-zag tl描和惭编码。H.261 编码时基本的操作单位称为宏块。H.261使用YCbCr颜色空间，并采用4:2:0色度抽样，每个 宏块包括16x16的亮度抽样值和两个相应的8x8的色度抽样值。H.261使用帧间预测來消除空域冗余，并使用了运动矢虽來进行运动补偿。变换编码部分 使用了一个8x8的离散余眩变换來消除空域的冗余，然后对变换后的系数进行阶梯虽化，之后 对虽化后的变换系数进行Zig-zag U描，并进行爛编码（使用Run-Level变长编码）來消除统计 冗余。H.261标准仅仅规定了如何进行视频的解码，并没有定义编解码器的实

4、现。编码器可以按 照门（2的需要对输入的视频进行任 何预处理，解码器也有门山对输出的视频在显示之前进行 任何后处理。H. 263 （ITU-T国际电信联盟）H.263是国际电联ITU-T的一个标准草案，是为低码流通信而设计的。但实际上这个标准可用 在很宽的码流范闱，而非只用丁低码流应用，它在许多应用中可以认为被用于取代H.261 H. 263的编码算法与H.261 样，但做了一些改善和改变，以提高性能和纠错能力。H. 263标准任低码率卜能够提供比H.261更好的图像效果，两者的区别有：I、H.263的运动补偿使用半象素精度，而H.261则用全象素精度和循坏滤波：2、数据流层次结构的某些部分在

5、H.263中是町选的，使得编解码可以配宜成更低的数据 率或更好的纠错能力；3、H.263包含四个可协商的选项以改善性能：4、H.263采用无限制的运动向虽以及基丁语法的算术编码：5、采用事先预测和与MPEG中的P-B帧一样的帧预测方法；6、H.263支持5种分辨率，即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外，还支持SQC IF、4CIF和16CIF, SQCIF相当于QCIF 半的分辨率，而4CIF和16CIF分别为CIF的4 倍和16倍。1998年IUT-T推出的H.263+是H.263建议的第2版，它提供了 12个新的可协商 模式和其他特征，进一步提高了压缩编码性能。如H.263只有

6、5种视频源格式，H.263+允许 使用更多的源格式，图像时钟频率也有多种选择，拓宽应用范闱：另一重耍的改进是可扩展性， 它允许多显示率、多速率及多分辨率，增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络坏境卜的传 输。另外，H.263+对H.263中的不受限运动矢虽模式进行了改进，加上12个新增的町选模 式，不仅提高了编码性能，而且增强了应用的灵活性。H.263己经基木上取代了 H.26仁H. 264H.264,同时也是MPEG-4第十部分，是山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

7、数字视频编 解码器标准。H.264 (itu-t国际电信联盟)随着HDTV的兴起，H.264这个规范频频出现在我们眼前，HD-DVD和蓝光DVD均计划 采用这一标准进行节口制作。而且自2005年卜半年以來，无论是NVIDIA还是ATI都把支持 H.264硬件解码加速作为口 C最值得夸確的视频技术。H.264到底是何方“神圣”呢？H.264是一种高性能的视频编解码技术。口前国际上制定视频编解码技术的组织有两个， 一个是国际电联(ITUT”，它制定的标准有H.261. H.263. H.263+等，另一个是国际标 准化组织(ISO”它制定的标准有M PEG-1. MPEG-2. MPEG-4等。而

8、H.264则是山两个组 织联合组建的联合视频组(JVT)共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.2 64,又是 ISO/IEC 的 M PEG-4 高级视频编码(Advanced Video Coding, A VC),而且它将 成为MPEG-4标准的第10部分。因此，不论是MPEG-4 AVC. MPEG-4 Part 10,还是IS O/IEC 14496-10都是指 H.264oH.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质虽的条件K H.264的 压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.52倍。举个例子，原始文件的大小如果为 88GB,采用MPE

9、G-2压缩标准压缩后变成3.5GB,圧缩比为25 ： 1,而采用H.264压缩标准 压缩后变为879MB.从88GB到879MB, H.264的压缩比达到惊人的102 ： 1 ! H.264为什么 有那么高的圧缩比？低码率(Low Bit Rate)起了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4 ASP 等压缩技术相比，H.264压缩技术将大大节省用户的卜载时间和数据流虽收费。尤其值得一提 的是，H.264在具有高圧缩比的同时还拥有高质虽流畅的图像。H.264的特征和高级优势H. 264是国际标准化组织(ISO)和国际电荷联盟(ITU)共同提出的继MPEG4之后的新 一代数字视频压缩格式，它即保

10、留了以往压缩技术的优点和精华又具有其他压缩技术无法比拟 的许多优点。I. 低码流(Low Bit Rate):和MPEG2和MPEG4 ASP等压缩技术相比，在同等图像 质虽卞，采用H.264技术压缩后的数据虽只有MPEG2的1/8, MPEG4的1/3。显然，H.264压缩技术的采用将大大节省用户的卜载时间和数据流虽收费。2. 高质虽的图象：H.264能提供连续、流畅的高质虽图象(DVD质虽3. 容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境卜容易发生的丢包等错误的必要工 具。4.网络适应性强：H.264提供了网络捕取层(Network Abstraction Layer)，使得 H.26

11、4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)。H.264主要特点H264标准是ill JVT （Joint Video Team.视频联合工作组）组织提出的新一代数字视频 编码标准。JVT 丁 2001年12月在泰国Pattaya成立。它由ITU-丁的VCEG （视频编码专家 组）和ISO/IEC的MPEG （活动图像编码专家组）两个国际标准化组织的专家联合组成。JV T的工作口标是制定一个新的视频编码标准，以实现视频的高压缩比、高图像质虽、良好的网 络适应性等口标H264标准。H264标准将作为MPEG-4标准的一个新的部分（MP

12、EG-4 part. 10）而获得批准，是一个而向未来IP和无线坏境卜的新数字视频压缩编码标准。H264标准的主耍特点如卞：1. 更高的编码效率：同H.263等标准的特率效率相比，能够平均节省大丁-50%的码率。2. 高质虽的视频画面：H.264能够在低码率情况卜提供高质虽的视频图像，任较低带宽 上提供高质虽的图像传输是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卜， 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，还増加了如

13、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中编码时往往需耍设昼相肖多选项，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可以应用在不同场台：H.264町以根据不同的坏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，町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，适用丁在高误码率 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

14、佔计，H.264编 码的计算复杂度大约相肖T- H.263的3倍，解码复杂度大约相当T H.263的2倍。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 （ HS

15、S,假想码流调度器）。H.239是附加的媒体通道，又叫双媒体流MPEG-1 （运动图像专家组）MPEG-1是MPEG组织制定的第一个视频和音频有损压缩标准。视频压缩算iiT- 1990年 定义完成。1992年底，MPEG-1正式被批准成为国际标准。MPEG-1是为CD光碟介质定制 的的视频和音频压缩格式。一张70分钟的CD光碟传输速率大约在1.4Mbps。而MPEG-1采 用了块方式的运动补偿、离散馀弦变换（DCT）、虽化等技术，并为1.2Mbps传输速率进行 了优化。MPEG-1随后被Video CD采用作为核心技术。MPEG-1的输出质虽大约和传统录像 机VCR,信号质虽相当，这也许是Vi

16、deo CD在发达国家未获成功的原因。MPEG-1 音频分三层，分别为 MPEG-1 Layerl, MPEG-Layer2 以及 MPEG-Layer3,并 且高层兼容低层。其中第三层协议被称为MPEG-1 Layer 3.简称MP3。MP3 口前已经成为 广泛流传的的音频压缩技术。MPEG-1 Layerl采用每声道192kbit/s.每帧384个样本，32个等宽子带，固定分割数 据块。子带编码用DCT（离散余弦变换）和（快速傅立叶变换）计算子带信号虽化bit数。采用基 于频域掩蔽效应的心理声学模型，使虽化噪声低于掩蔽值。虽化采用带死区的线性虽化器，上 要用丁数字盒式磁带（DCC）。MPE

17、G-1 Layer2采用每声道128kbit/s,每帧1152个样木，32个子带，屈不同分帧方式。 采用共同频域和时域掩蔽效应的心理声学模型，并对高、中，低频段的比特分配进行限制，并 对比特分配、比例因子，取样进行附加编码。Layer2广泛用于数字电视，CD-ROM, CD-I和 VCD 等。MPEG-1 Layer3采用每声道64kbit/s,用混合滤波器组提高频率分辨率，按信号分辨率 分成6X32或18X32个子带，克服平均32个子带的Layerl, Layer2在中低频段分辨率偏低 的缺点。采用心理声学模型2,增设不均匀虽化器，虽化值进行埔编码。上要用T- ISDN（综合 业务数字网）音

18、频编码。MPEG-1制定T- 1992年，为工业级标准而设计，它可针对SIF标准分辨率（对于NTSC 制为352X240：对I PAL制为352X288）的图像进行压缩，传输速率为1.5Mbits/sec,每秒播 放30帧，具有CD（指激光唱盘）音质，质虽级别基本与VHS相当。MPEG的编码速率最高可 达4- 5Mbits/sec.但随着速率的提高，其解码后的图象质虽有所降低。MPEG-1也被用丁数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路（ADSL）.视 频点播（VOD）,以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被用做记录媒体或是任INTERNET 传输音频。MPEG-1的特点（运动图像专家

19、组）随机访问，灵活的帧率、可变的图像尺寸、定义了 I-帧、P-帧和B-桢、运动补偿可跨 越多个帧、半像素精度的运动向虽、虽化矩阵、GOF结构、slice结构、技术细节、输 入视频格式。MPEG-1的参数最大像素数/行：720最大行数/影格：576最大影格/秒:30最大宏块/形格：396最大宏块/秒：9900最大位元率：1.86Mbps最大解码缓冲区尺寸：376832bito注解：宏块，英文Macroblock,是视频编码技术中的一个基木槪念。在视频编码中，一个编码图像通常划分成若干宏块组成，一个宏块111一个亮度像索和附加 的两个色度像索块组成。一般來说，亮度块为16x16大小的像素块，而两个

20、色度图像像索块的 大小依据其图像的采样格式而定，如：对T YUV420釆样图像，色度块为8x8大小的像索块。 每个图象中，若干宏块被排列成片的形式，视频编码算法以宏块为单位，逐个宏块进行编码， 组织成连续的视频码流。位元率：在电信和计算领域，位元率（Bit rate,变数Rbit）是单位时间内传输送或处理的位 元的数虽。位元率经常在电信领域用作连接速度、传输速度、通道容虽、最大吞吐虽和数字频 宽容虽的同义词。在数字多媒体领域，位元率是单位时间播放连续的媒体如压缩后的音频或视频的位元数 So在这个总义上讲，它相当於术语数字频宽消耗虽，或吞吐虽。位元率规定使用位元每秒（bit/s或bps）为单位，

21、经常和国际单位制词头关联 在一起,如千(kbit/s或kbps),兆(MbiVs或Mbps),吉(Gbit/s或Gbps)和I太 (Tbit/s 或 Tbps)oMPEGMPEG是活动图像专家组(Moving Picture Experts Group)的缩写，V 1988年成立。 口前MPEG己颁布了三个活动图像及声音编码的正式国际标准，分别称为MPEG-1、 MPEG-2 和 MPEG-4,而 MPEG-7 和 MPEG-21 都在研究中。MPEG-2的编码图像被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧。I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相 关性。P帧和B

22、帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像 只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质虽。P帧图像中町以包含帧内编码的部分， 即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测， 可以大大提高压缩倍数。MPEG-2的编码码流分为六个层次。为更好地表示编码数据，MPEG-2用句法规定 了一个层次性结构。它分为六层，口上到卜分别是：图像序列层、图像组(GOP)、图像、宏 块条、宏块、块。注解：I帧(帧内编码帧)是一种门带全部信息的独立帧，无需参考其它图像便可独立进行解码。视 频序列中的第一个帧始终都是I帧。如果所传输的比特流迺到破坏，则需耍将I

23、帧用作新查看器的起 始点或重新同步点。I帧可以用來实现快进、快退以及其它随机访问功能。如果新的客户端将参与査 看视频流，编码器将以相同的时间间隔或者根据耍求门动插入I帧。I帧的缺点在丁它们会占用更多 的数据位，但从另一方面看，I帧不会产生可觉察的模糊现象。P帧(帧间预测编码帧)需要参考前而的I帧和/或P帧的不同部分才能进行编码。与I帧 相比，P帧通常占用更少的数据位，但其缺点是，山丁 P帧对前而的P和I参考帧有着复杂的依赖性, 因此对传输错误非常敏感。B帧(双向预测编码帧)需要同时以前面的帧和后而的帧作为参考帧。图2带有I杯B輪和P慷的典型视频序列。P愤只需耍参考前而的I帧或P帧.而B帧則需要

24、问时参考前而和后面的 I帧或F帧MPEG-2标准MPEG-2标准口前分为9个部分，统称为ISO/IEC13818国际标准。各部分的内容描述如下:一部分-ISO/IEC13818-1,传输码流和节口码流的方式。二部分一ISO/IEC13818-2,Video：视频，描述视频编码方法。三部分一 ISO/IEC13818-3,Audio：音频，描述与MPEG-1音频标准反向兼容的音频编System：系统，描述多个视频，音频和数据基本码流合成码方法。四部分一ISO/IEC1381&4, Compliance：符合测试，描述测试一个编码码流是否符合 MPEG-2码流的方法。五部分一ISO/IEC1381

25、85, Software：软件，描述了 MPEG2标准的第一、二、三部 分的软件实现方法。六部分-ISO/IEC13818-6,DSM-CC：数字存储媒体命令与控制，描述交互式多媒体网络中服务器与用户间的会话信令集。上六个部分均己获得通过，成为正式的国际标准，并在数字电视等领域中得到了广泛的 实际应用。此外，MPEG2标准还有三个部分：第七部分规定不与MPEG-1音频反向兼容 的多通道音频编码：第八部分现己停止：第九部分规定了传送码流的实时接口。1990年成立的ATM视频编码专家组与MPEG ISO/IEC13818标准的第一和第二两 个部分进行了合作，因此上述两个部分也成为ITU-T的标准，分别为：ITU-TRec.H.220系 统和 ITU-TRec.H.262 视频.MPEG-4简介MPEG4 T- 1998年11月公布，原预计1999年1月投入使用的国际标准MPEG4不 仅是针对一定比特率卜的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG 专家组的专家们正在为MPEG-4的制定努力工作。MPEG-4标准上要应用丁视像电话(Vide o Phone),视像电子邮件(Video Email)和电子新闻(Electronic News)等，其传输速率要求 较低，在4800-64000bits/sec之间，分辨率为176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，通