2003年,由IEO/IEC和ITU—T兩大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織聯(lián)手推出的視頻標(biāo)準(zhǔn)H.264能更好地滿足了這一要求。H.264也稱為MPEG4-Part10,相較于以前的視頻編解碼,可以達(dá)到更低的碼率,更好的圖像質(zhì)量,更好的IP和無線信道適應(yīng)性,以下是H.264 Hihg Profile較其他視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的六大優(yōu)勢(shì):
1、支持更小的塊(最小可到4×4)和更細(xì)的運(yùn)動(dòng)矢量(Y分量為1/4像素)。宏塊被切分成更多尺寸更小的小塊,這樣使細(xì)小的運(yùn)動(dòng)可以更容易地被區(qū)分出來,使得運(yùn)動(dòng)矢量的精度得以提高,提高了編碼質(zhì)量與效率,節(jié)省了碼流。
2、幀內(nèi)預(yù)測(cè)。不適合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)估計(jì)的地方,就采用幀內(nèi)估計(jì)用來消除空間冗余。幀內(nèi)預(yù)測(cè)并不是H.264所獨(dú)有的,但是相對(duì)其它編碼標(biāo)準(zhǔn)中的幀內(nèi)變換是在變換域中進(jìn)行,而H.264的幀內(nèi)預(yù)測(cè)是在空間域中進(jìn)行的。首先根據(jù)其周圍的宏塊內(nèi)部估計(jì)通過在一個(gè)預(yù)定義的集合上的不同方向的鄰近塊推測(cè)相鄰像素來預(yù)測(cè)當(dāng)前塊。然后預(yù)測(cè)塊和真實(shí)塊之間的不同點(diǎn)被編碼。這種方法對(duì)于經(jīng)常存在空間冗余的平坦背景特別有用,可以節(jié)省碼流和提高編碼質(zhì)量。
3、整數(shù)DCT4x4變換與量化。MPEG-2、MPEG-4、H.263使用浮點(diǎn)DCT8X8變換。H.264使用更小的4×4塊,可以減少塊效應(yīng)和明顯的人工痕跡。整數(shù)系數(shù)消除了在MPEG-2、MPEG-4、H.263中進(jìn)行浮點(diǎn)系數(shù)運(yùn)算時(shí)導(dǎo)致的精度損失。在量化上,量化步長(zhǎng)的變化不象以前視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)中的每次遞增一個(gè)常量,而是將量化步長(zhǎng)的變化幅度控制在12.5%左右,即可以改善編碼質(zhì)量,又提高對(duì)碼率的控制能力。
4、熵編碼。H.264提供了兩種可選方式的熵編碼模式:全局UVLC(即UVLC:Universal VLC)和基于語法的上下文自適應(yīng)二值算術(shù)編碼CABAC(Context Adaptive Binary Arithmetic Coding)。UVLC使用一個(gè)相同的碼表進(jìn)行編碼,而解碼器很容易識(shí)別碼字的前綴,UVLC 在發(fā)生比特錯(cuò)誤時(shí)能快速獲得重同步。UVLC計(jì)算復(fù)雜度較低,主要針對(duì)對(duì)編碼時(shí)間要求很嚴(yán)格的應(yīng)用,缺點(diǎn)就是效率低,壓縮率不高;CABAC其編碼性能比 UVLC有提升,但復(fù)雜度較高。
5、多參考幀的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和加權(quán)預(yù)測(cè)。使用多幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可以提高編碼質(zhì)量和效率,且有利于恢復(fù)丟包。加權(quán)預(yù)測(cè)可用于修正P幀或B幀內(nèi)中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)像素的方法,可以提高編碼質(zhì)量。
6、環(huán)內(nèi)濾波。視頻編解碼器中加入濾波器的方法有兩種:環(huán)外濾波器和環(huán)內(nèi)濾波器。環(huán)外濾波器只處理編碼環(huán)路外的顯示緩沖器中的數(shù)據(jù),所以它不是標(biāo)準(zhǔn)化過程中的規(guī)范內(nèi)容,在標(biāo)準(zhǔn)中只是可選項(xiàng)。相反,環(huán)路濾波器處理編碼環(huán)路中的數(shù)據(jù)。在編解碼器中,被濾波的圖像幀作為后續(xù)編解碼幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膮⒖紟?在解碼器中,濾波后的圖像輸出顯示。這要求所有與本標(biāo)準(zhǔn)一致的解碼器采用同一個(gè)濾波器以與編碼器同步。當(dāng)然如果有必要,解碼器也還可以在使用環(huán)路濾波器的同時(shí)使用后置濾波器。由于考慮了塊數(shù)據(jù)的邊界等信息,環(huán)內(nèi)濾波器的效果要好于環(huán)外濾波器。H.264采用了環(huán)內(nèi)濾波器,通過對(duì)宏塊邊緣的平滑濾波, 減輕視頻編碼中的塊效應(yīng),既減弱“塊效應(yīng)”的影響又避免濾掉圖像的客觀特征, 同時(shí)在相同主觀質(zhì)量下使比特率減少 5%-10%。
2005年增加的H.264 high profile,由于其更高的編碼壓縮率和網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性,被很多應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)注,其中包括高清視頻監(jiān)控、高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、智能監(jiān)控、無線監(jiān)控等。
H.264 High Profile是目前H.264各種profile中編碼最高效的Profile。在H.264 Main Profile的基礎(chǔ)上增加了8×8幀內(nèi)預(yù)測(cè)、自定義量化矩陣、無損視頻編碼、支持輸入圖像為YUV400格式。與其它標(biāo)準(zhǔn)相比,在相同失真率條件下H.264 High Profile的編碼效率提高了50%左右。其中對(duì)提升編碼壓縮率的主要有:CABAC編碼、多參考幀、8×8幀內(nèi)預(yù)測(cè)、8×8DCT變換。