2024年5月11日发(作者：诺基亚e700参数及图片)

H.26x系列视频编码基础知识

国际上有两个负责数字视频编码技术的标准化组织。一个是

ISO(

国际标准组织

)

下属的

MPEG(MotionPictureExpertGroup

，运动图像专家组

);

另一个是

ITU-T(

国际电联

)

下属的

VCEG(VideoCodeExpertGroup

，视频编码专家组

)

。

以上两个标准化组织制定的相关编码标准都获得了广泛的应用。

MPEG

制定的

标准有

MPEG-1

、

MPEG-2

、

MPEG-4

、

MPEG-7

和

MPEG-21

，这些标准主要

VCEG

制定的标准有

H.261

、应用于视频存储

(DVD)

、广播电视、网络流媒体等。

H.262

、

H.263

、

H.264

、

H.265

，这些标准应用于实时视频通信领域。

两个组织也共同制定了一些标准，例如H.262和H.264。H.262等同于MPEG-2

标准。2003年5月，ITU-T和ISO的联合视频组JVT(JointVideoTeam)发布

了H.264(ISO将其纳为MPEG-4的Part10)，业界称其为AVC(AdvancedVideo

Codec，先进视频编解码)。H.26x和MPEG两大阵营在H.264上完成了统一。

1

、

H.261

H.261即其速率为64kbps的整数倍(1～30倍)。它最初是针对在ISDN(综合业

务数字网)上双向声像业务(特别是可视电话、视频会议)而设计的。H.261是最早

的运动图像压缩标准，它只对CIF和QCIF两种图像格式进行处理，每帧图像分

成图像层、宏块组(GOB)层、宏块(MB)层、块(Block)层来处理;并详细制定了视

频编码的各个部分，包括运动补偿的帧间预测、DCT(离散余弦变换)、量化、熵

编码，以及与固定速率的信道相适配的速率控制等部分。实际的编码算法类似于

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

运算量少得多，此算法为了优化带宽占用量，引进了在图像质量与运动幅度之间

的平衡折衷机制。也就是说，剧烈运动的图像比相对静止的图像质量要差。因此

这种方法是属于恒定码流可变质量编码。

2

、

H.263

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围，在许多应用中它可以取代H.261。H.263的编

码算法与H.261一样，但做了一些改善和改变，以提高性能和纠错能力。H.263

标准在低码率下能够提供比H.261更好的图像效果。两者存在着一些区别，例

如H.263的运动补偿使用半象素运动补偿，并增加了4种有效的压缩编码模式，

而H.261则用全象素精度;除了支持H.261所支持的QCIF和CIF外，H.263还

支持SQCIF、4CIF和16CIF格式。

ITU-T

在

H.263

发布后又修订发布了

H.263

标准的版本

2

，非正式地命名为

H.263+

标准。它在保证原

H.263

标准核心句法和语义不变的基础上，

H.263+

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和增强了应

用的灵活性。例如

H.263

只有

5

种视频源格式，

H.263+

则允许使用更多的源格

式

;H.263+

标准允许更大范围的图像输入格式，自定义图像的尺寸，从而拓宽了

标准使用的范围，使之可以处理基于视窗的计算机图像、更高帧频的图像序列及

宽屏图像。为提高压缩效率，

H.263+

采用先进的帧内编码模式

;

增强的

PB-

帧模

式改进了

H.263

的不足，增强了帧间预测的效果

;

去块效应滤波器不仅提高了压

缩效率，而且提供重建图像的主观质量。另一重要的改进是可扩展性，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、易丢包异构网络环境下

的传输。

H263++在H263+基础上增加了3个选项，主要是为了增强码流在恶劣信道上的

抗误码性能，同时为了提高增强编码效率。这3个选项为：

·

选项

U-

称为增强型参考帧选择，它能够提供增强的编码效率和信道错误再生能

力，特别是在包丢失的情形下。

·选项V-称为数据分片，它能够提供增强型的抗误码能力(特别是在传输过程中本

地数据被破坏的情况下。

·

选项

W-

在

H263+

的码流中增加补充信息，保证增强型的反向兼容性。

3、H.264

H.264

是一种视频高压缩技术，同时称为

MPEG-4AVC

，或

MPEG-4Part10

。

ITU-T

从

1998

年就

H.26L

的

H.26S

两个分组，

H.26L

研制节目时间较长的高压

缩编码技术，

H.26S

则指短节目标准制订部门。前面的

H.263

就是

H.26S

标准

化技术，而

H.264

标准是在

H.26L

基础上发展而来的。为了不引起误解，

ITU-T

H.264

集中体现了当今国际视频编码推荐使用

H.264

作为这一标准的正式名称。

解码技术的最新成果。在相同的重建图像质量下，

H.264

比其他视频压缩编码具

有更高的压缩比、更好的

IP

和无线网络信道适应性。

首先，H.264具备超高压缩率，其压缩率为MPEG-2的2倍，MPEG-4的1.5

倍。这样的高压缩率是以编码的大运算量来换取的，H.264的编码处理计算量有

MPEG-2的十多倍。不过其解码的运算量并没有上升很多。从CPU频率和内存

的高速发展的角度来看，1995年推出MPEG-2时，主流的CPU是奔腾100，

内存更是小的可怜。而如今主流CPU的工作频率比那个时候快了30倍，内存

扩大了50多倍。所以H.264编码的大运算现在也不算什么大问题了。

高压缩率使图像的数据量减少，给存储和传输带来了方便。加上基本规格公开的

国际标准和公正的许可制度，所以，电视广播、家电和通信三大行业都进入到

H.264

的实际运用研发中心。美国高等电视系统会议和日本无线电工业和事务协

会都准备把

H.264

作为地面便携式数字电视广播的编码方式。欧洲数字电视广

播标准化团体也正在将

H.264

作为数字电视的一种编码方式来采用。

家电行业中的视频存储设备厂商也看中了

H.264

。东芝和

NEC

推出的下一代采

用蓝色激光的光碟

HDDVD-ROM

，因为容量小于

Sony

等九大公司的蓝光碟，

故将视频压缩编码改用

H.264

，从而使最终的节目录制时长能与蓝光碟相近。

H.264

也能使

HDTV

节目录像和

SDTV

的长时间录像成为可能。因而，生产

LSI

芯片的厂商也十分重视

H.264

。

D9

型

DVD

碟只有

8.5GB

，不足以存放

2

小时

的

HDTV

节目，如用

H.264

来压缩就变得有可能。同时，在通讯领域，互联网

工程任务已开始将

H.264

作为实时传输协议流的格式进行标准化。互联网和手

机的视频传送也会有

H.264

作为编码方式。

相对于MPEG压缩编码H.264的变化之一是在帧内编码I画面中，又加入了帧

内预测编码技术，即解码时可用周围数据的差分值来重构画面。在运动预测块中，

H.264采用全面运动预测和I画面帧内预测后，编码量得到减少，但LSI的运算

处理量增大。为此，H.264引入了DCT的简化处理技术，来减轻LSI的负担，

画质也有所改善。H.264与MPEG-2和MPEG-4的不同还存在于熵编码块中，

H.264的熵编码CAVLC(内容自适应可变长度码)和CABAC(内容自适应二进制

算法编码)能提高纠错能力。而MPEG-2和MPEG-4是霍夫曼编码。另外，还加

入了解锁滤波器(DeblockingFilter)，有降低噪声的效果。H.264的整数变换以

4×4像素块为单位，已比原来的8×8像素块的块噪声少，再次降低，画质得到

了进一步提高。

H.264

标准分为三档：基本档次

;

主要档次

(

可用于

SDTV

、

HDTV

和

DVD

等

);

以

及扩展档次

(

用于网络的视频流

)

。其中

H.264

的基本档次是免费，用户可以无偿

使用，现得到美国苹果公司和美国

Cisco

系统公司、中国联想公司、诺基亚、美

国

On2

技术公司、德国西门子、

TI

公司等的支持

;

其许可体系要比

MPEG-4

单

纯，公正无差别对待用户和专利持有者。

H.264

替代

MPEG-4

的呼声很高，除

了其高性能外，低额专利费和公正的无差别许可制度也至关重要。由于技术的日

益成熟，半导体厂商已在进行

H.264

的编码

/

解码

LSI

的开发。特别是

HDD

录

像机和

DVD

录像机等设备中，采用

H.264

的实例已很多，更引起了半导体厂商

的关心。加之，

H.264

采用的动画编码方式和音频编码方式具有多样化特性，今

后几乎将会是全部厂商的主要规格之一。

4、H.265

H.265

是

ITU-TVCEG

继

H.264

之后所制定的新的视频编码标准。

H.265

标准

围绕着现有的视频编码标准

H.264

，保留原来的某些技术，同时对一些相关的技

术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂

度之间的关系，达到最优化设置。具体的研究内容包括：提高压缩效率、提高鲁

棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降

低复杂度等。

H.264

由于算法优化，可以低于

1Mbps

的速度实现标清

(

分辨率在

1280P*720

以下

)

数字图像传送

;H.265

则可以实现利用

1~2Mbps

的传输速度传

送

720P(

分辨率

1280*720)

普通高清音视频传送。

H.265/HEVC

的编码架构大致上和

H.264/AVC

的架构相似，主要也包含，帧内

预测

(intraprediction)

、帧间预测

(interprediction)

、转换

(transform)

、量化

(quantization)

、去区块滤波器

(deblockingfilter)

、熵编码

(entropycoding)

等模块，

但在

HEVC

编码架构中，整体被分为了三个基本单位，分别是编码单位

(coding

unit,CU)

、预测单位

(predictunit,PU)

和转换单位

(transformunit,TU)

。

比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率，以编码单

位来说，H.264中每个宏块(macroblock/MB)大小都是固定的16x16像素，而

H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64。