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H.264技术分析及实用化的可能性探讨

2009-02-11   视频之家 / 小米 点击: 标签:H.264
  

视频会议应用中,视频质量和网络带宽占用是矛盾的,通常情况下视频流占用的带宽越高则视频质量也越高;如要求高质量的视频效果,那么需要的网络带宽也越大;解决这一矛盾的钥匙当然是视频编解码技术。评判一种视频编解码技术的优劣,是比较在相同的带宽条件下,哪个视频质量更好;在相同的视频质量条件下,哪个占用的网络带宽更少。

视频编解码技术有两套标准,国际电联(ITU-T)的标准H.261、H.263、H.263+等;还有ISO 的MPEG标准Mpeg1、Mpeg2、Mpeg4等等。H.264/AVC是两大组织集合H.263+和Mpeg4的优点联合推出的最新标准,最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩比能比H.263高2倍,比MPEG-4高1.5倍。

以下我们简单介绍H.264的概念和发展,并探讨H.264技术实用化的可能性

H.264/AVC是什么?

H.264/AVC标准是由ITU-T和ISO/IEC联合开发的,定位于覆盖整个视频应用领域,包括:低码率的无线应用、标准清晰度和高清晰度的电视广播应用、Internet上的视频流应用,传输高清晰度的DVD视频以及应用于数码相机的高质量视频应用等等。

ITU-T给这个标准命名为H.264(以前叫做H.26L),而ISO/IEC称它为MPEG-4 高级视频编码(Advanced Video Coding,AVC),并且它将成为MPEG-4标准的第10部分。既然AVC是当前MPEG-4标准的拓展,那么它必然将受益于MPEG-4开发良好的基础结构(比如系统分层和音频等)。很明显,作为MPEG-4高级简洁框架(Advanced Simple Profile,ASP)的MPEG-4 AVC将会优于当前的MPEG-4视频压缩标准,它将主要应用在具有高压缩率和分层次质量需求的方向。

就像在下边“视频编码历史”表格中看到的,ITU-T和ISO/IEC负责以前所有的国际视频压缩标准的定制。到目前为止,最成功的视频标准是MPEG-2,它已经被各种市场领域所广泛接受比如DVD、数字电视广播(覆盖电缆和通讯卫星)和数字机顶盒。自从MPEG-2技术产生以来,新的H.264/MPEG-4 AVC标准在编码效率和质量上有了巨大的提高。随着时间的过去,在许多现有的应用领域,H.264/MPEG-4 AVC将会取代MPEG-2和MPEG-4,包括一些新兴的市场(比如ADSL视频)。

数字视频编解码技术的演变

国际标准通常是由国际标准化组织ISO在国际电信联盟 ITU的技术建议的基础上制订的。数字视频编解码标准也经历了多次变革,H264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段,在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。H.264的推广应用对视频终端、网守、网关、MCU等系统的要求较高,将有力地推动视频会议软设备在各个方面的不断完善。

H.264的核心竞争力

H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。压缩技术的基本原理就是将视频文件中的非重要信息过滤,以便让数据能够更快地在网络中传输。在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍,比MPEG-4高1.5-2倍。正因为如此,经过H.264压缩的视频数据,在网络传输过程中所需要的带宽更少,也更加经济。

在MPEG-4需要6Mbps的传输速率匹配时,H.264只需要3Mbps-4Mbps的传输速率。我们用交通运输来做更加形象的比喻:同样是用一辆卡车运输一个大箱子,假如MPEG-4能把箱子减重一半,那么H.264能把箱子减重为原来的1/4,在卡车载重量不变的情况下,H.264比MPEG-2让卡车的载货量增加了二倍。

H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的大幅增加,例如分层设计、多帧参论、多模式运动估计、改进的帧内预测等,这些都显著提高了预测精度,从而获得比其他标准好得多的压缩性能。

不断提高的硬件处理能力和不断优化的软件算法是H.264得以风行的生存基础。早在十年前,主频为几十兆的CPU就达到了顶级,而如今普通的台式机,CPU的主频已经高达几千兆。按照摩尔定律的说法,芯片单位面积的容量每18个月翻一番,因此H.264所增加的运算复杂度相对于性能提升效果而言微不足道。更何况新的计算方法层出不穷,也相对缓解H.264对处理速度的饥渴需求。

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