ITU-T和ISO/IEC JTC1是目前國際上制定視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的正式組織，ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)稱之為建議，并命名為H.26x系列，例如H.261、H.263等。ISO/IEC 的標(biāo)準(zhǔn)稱為MPEG-x，例如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。H.26x系列標(biāo)準(zhǔn)主要用于實時視頻通信，比如視頻會議、可視電話等;MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)主要用于視頻存儲(DVD) 、視頻廣播和視頻流媒體(如基于Internet、 DSL的視頻、無線視頻等等)。除了聯(lián)合開發(fā)H.262/MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)外，大多數(shù)情況下，這兩個組織獨立制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。自1997年，ITU-T VCEG與ISO/IEC MPEG再次合作，成立了Joint Video Team (JVT)，致力于開發(fā)新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264。1998年1月，開始草案征集;1999年9月，完成了第一個草案;2001年5月，制定了其測 試模式TML-8;2002年6月，JVT第5次會議通過了H.264的FCD板;2002年12月，ITU-T在日本的會議上正式通過了H.264標(biāo) 準(zhǔn)，并于2003年5月正式公布了該標(biāo)準(zhǔn)。國際電信聯(lián)盟將該系統(tǒng)命名為H.264/AVC，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國際電工委員會將其稱為14496-10 /MPEG-4 AVC。

　　H.264標(biāo)準(zhǔn)概述

　　H.264 和以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是DPCM加變換編碼的混合編碼模式。但它采用"回歸基本"的簡潔設(shè)計，不用眾多的選項，獲得比H.263++好得多的壓縮性能;加 強了對各種信道的適應(yīng)能力，采用"網(wǎng)絡(luò)友好"的結(jié)構(gòu)和語法，有利于對誤碼和丟包的處理;應(yīng)用目標(biāo)范圍較寬，以滿足不同速率、不同解析度以及不同傳輸(存 儲)場合的需求。技術(shù)上，它集中了以往標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點，并吸收了標(biāo)準(zhǔn)制定中積累的經(jīng)驗。與H.263 v2(H.263+)或MPEG-4 Simple Profile相比，H.264在使用與上述編碼方法類似的最佳編碼器時，在大多數(shù)碼率下最多可節(jié)省50%的碼率。H.264在所有碼率下都能持續(xù)提供較 高的視頻質(zhì)量。H.264能工作在低延時模式以適應(yīng)實時通信的應(yīng)用(如視頻會議)，同時又能很好地工作在沒有延時限制的應(yīng)用，如視頻存儲和以服務(wù)器為基礎(chǔ)的視頻流式應(yīng)用。H.264提供包傳輸網(wǎng)中處理包丟失所需的工具，以及在易誤碼的無線網(wǎng)中處理比特誤碼的工具。在系統(tǒng)層面上，H.264提出了一 個新的概念，在視頻編碼層(Video Coding Layer，VCL)和網(wǎng)絡(luò)提取層(Network Abstraction Layer，NAL)之間進行概念性分割，前者是視頻內(nèi)容的核心壓縮內(nèi)容之表述，后者是通過特定類型網(wǎng)絡(luò)進行遞送的表述，這樣的結(jié)構(gòu)便于信息的封裝和對信息進行更好的優(yōu)先級控制。

　　H.264標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)

　　幀內(nèi)預(yù)測編碼

　　幀內(nèi)編碼用來縮減圖像的空間冗余。為了提高H.264幀內(nèi)編碼的效率，在給定幀中充分利用相鄰宏塊的空間相關(guān)性，相鄰的宏塊通常含有相似的屬性。因此，在對一給定宏塊編碼時，首先可以根據(jù)周圍的宏塊預(yù)測(典型的是根據(jù)左邊和上邊的宏塊，因為這些宏塊已經(jīng)被編碼處理)，然后對預(yù)測值與實際值的差 值進行編碼，這樣，相對于直接對該幀編碼而言，可以大大減小碼率。

　　幀間預(yù)測編碼

　　幀間預(yù)測編碼利用連續(xù)幀中的時間冗余來進行運動估計和補償。H.264的運動補償支持以往的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中的大部分關(guān)鍵特性，而且靈活地添加了更多的功能，除了支持P幀、B幀外，H.264還支持一種新的流間傳送幀--SP幀，碼流中包含SP幀后，能在有類似內(nèi)容但有不同碼率的碼流之間快速切 換，同時支持隨機接入和快速回放模式。 H.264的運動估計有以下4個特性。

　　不同大小和形狀的宏塊分割

　　對每一個16×16像素宏塊的運動補償可以采用不同的大小和形狀，H.264支持7種模式。小塊模式的運動補償為運動詳細信息的處理提高了性能，減少了方塊效應(yīng)，提高了圖像的質(zhì)量。

　　高精度的亞像素運動補償

　　在 H.263中采用的是半像素精度的運動估計，而在H.264中可以采用1/4或者1/8像素精度的運動估值。在要求相同精度的情況下，H.264使用1 /4或者1/8像素精度的運動估計后的殘差要比H.263采用半像素精度運動估計后的殘差來得小。這樣在相同精度下，H.264在幀間編碼中所需的碼率更小。[nextpage]

　　多幀預(yù)測

　　H.264提供可選的多幀預(yù)測功能，在幀間編碼時，可選5個不同的參考幀，提供了更好的糾錯性能，這樣更可以改善視頻圖像質(zhì)量。這一特性主要應(yīng)用于以下場合：周期性的運動、平移運動、在兩個不同的場景之間來回變換攝像機的鏡頭。

　　去塊濾波器

　　H.264定義了自適應(yīng)去除塊效應(yīng)的濾波器，這可以處理預(yù)測環(huán)路中的水平和垂直塊邊緣，大大減少了方塊效應(yīng)。

　　整數(shù)變換

　　在變換方面，H.264使用了基于4×4像素塊的類似于DCT的變換，但使用的是以整數(shù)為基礎(chǔ)的空間變換，不存在反變換因為取舍而存在誤差的問 題。與浮點運算相比，整數(shù)DCT變換會引起一些額外的誤差，但因為DCT變換后的量化也存在量化誤差，與之相比，整數(shù)DCT變換引起的量化誤差影響并不 大。此外，整數(shù) DCT變換還具有減少運算量和復(fù)雜度，有利于向定點DSP移植的優(yōu)點。

　　量化

　　H.264 中可選32種不同的量化步長，這與H.263中有31個量化步長很相似，但是在H.264中，步長是以12.5%的復(fù)合率遞進的，而不是一個固定常 數(shù)。在H.264中，變換系數(shù)的讀出方式也有兩種：之字形(Zigzag)掃描和雙掃描。大多數(shù)情況下使用簡單的之字形掃描;雙掃描僅用于使用較 小量化級的塊內(nèi)，有助于提高編碼效率。

　　熵編碼

　　視頻編碼處理的最后一步就是熵編碼，在H.264中采用了兩種不同的熵編碼方法：通用可變長編碼(UVLC)和基于文本的自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼 (CABAC)。在H.263等標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)要編碼的數(shù)據(jù)類型如變換系數(shù)、運動矢量等，采用不同的VLC碼表。H.264中的UVLC碼表提供了 一個簡單的方法，不管符號表述什么類型的數(shù)據(jù)，都使用統(tǒng)一變字長編碼表。其優(yōu)點是簡單;缺點是單一的碼表是從概率統(tǒng)計分布模型得出的，沒有考慮編碼符號間 的相關(guān)性，在中高碼率時效果不是很好。因此，H.264中還提供了可選的CABAC方法。算術(shù)編碼使編碼和解碼兩邊都能使用所有句法元素(變換系 數(shù)、運動矢量)的概率模型。為了提高算術(shù)編碼的效率，通過內(nèi)容建模的過程，使基本概率模型能適應(yīng)隨視頻幀而改變的統(tǒng)計特性。內(nèi)容建模提供了編碼符號的條件概率估計，利用合適的內(nèi)容模型，存在于符號間的相關(guān)性可以通過選擇目前要編碼符號鄰近的已編碼符號的相應(yīng)概率模型來去除，不同的句法元素通常保持不同的模 型。

　　H.264在DVR中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

　　目前，很多DVR廠商都推出了H.264算法的DVR，有板卡，也有嵌入式。H.264對于安防行業(yè)還是一項嶄新的技術(shù)，有待于大家把它應(yīng)用的各個產(chǎn)品中。但是，由于該算法的運算復(fù)雜度相較MPEG4或H.263+都大幅增加，因此對于DSP芯片的要求也很高?？梢赃@樣說，目前標(biāo)準(zhǔn)的H.264 算法在普通的 DSP芯片上運行的成本相當(dāng)高，因此市面上普遍的H.264算法基本上是經(jīng)過簡化的H.264，有些甚至不是H.264。當(dāng)然，并不是說H.264算法就 是好的，不是H.264的算法就不好。其實任何一種算法都有它的優(yōu)勢和弱勢。關(guān)鍵是看同樣的圖像質(zhì)量下，哪種算法的碼率更低;或者同樣的碼率下，哪種算法 編碼解碼后的圖像質(zhì)量更好。盡管H.264算法是當(dāng)前安防行業(yè)的流行詞匯，但也還存在著很多技術(shù)問題，如各家的算法雖然都說是H.264，但是沒 有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在解碼方面無法統(tǒng)一，特別是針對一些需要聯(lián)網(wǎng)的大型監(jiān)控系統(tǒng)，由于前端兼容了各個廠家、各種類型的DVR，因此對于集中聯(lián)網(wǎng)和控制的要求更 高，技術(shù)難度也更大。在任何一個行業(yè)，都需要有一定標(biāo)準(zhǔn)，即大家都要執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，H.264也一樣，未來的H.264應(yīng)該也是會往統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)這個方面發(fā)展， 相信不久的將來，將會出現(xiàn)成熟的標(biāo)準(zhǔn)H.264的ASIIC芯片，對于各種H.264算法標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一， ASIIC芯片會是比較好的解決方法。