數(shù)字電視H．2 6 4編碼技術(shù)分析及應(yīng)用展望

0 引言
典型的數(shù)字電視系統(tǒng)是在發(fā)送端的數(shù)字電視節(jié)目源(主要由視頻、音頻等數(shù)據(jù)組成)先經(jīng)過信源編碼處理．得到壓縮編碼后的視頻、音頻碼流，隨后進(jìn)行信源編碼，需要輔助數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的支持。信道編碼實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能，以提高數(shù)字電視傳輸信號(hào)的抗干擾能力，以便之適應(yīng)信道傳輸特性，再進(jìn)行載波調(diào)制以實(shí)現(xiàn)頻譜搬移最后送入傳輸信道。目前數(shù)字視頻領(lǐng)域，有兩大制定視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的組織，它們是ITU-T與ISO／IEC。ITU-T制定的標(biāo)準(zhǔn)包括H．261、H．263、H．264，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻通信領(lǐng)域，如會(huì)議電視。MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)是由ISO／IEC制定的，主要應(yīng)用于視頻存儲(chǔ)(VCD、DVD)、廣播電視、因特網(wǎng)或無線網(wǎng)上的流媒體等。H．264具有較強(qiáng)的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴(yán)重的無線信道中的視頻傳輸。

1 編碼技術(shù)分析
1．1 幀內(nèi)預(yù)測(cè)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(duì)一給定宏塊編碼時(shí)，首先可以根據(jù)周圍的宏塊預(yù)測(cè)(典型的是根據(jù)左上角的宏塊，因?yàn)榇撕陦K已經(jīng)被編碼處理)，然后對(duì)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的差值進(jìn)行編碼，這樣，相對(duì)于直接對(duì)該幀編碼而言，可以大大減小碼率。如圖l。

1．2 幀間預(yù)測(cè)編碼
幀間預(yù)測(cè)編碼利用連續(xù)幀中的時(shí)間冗余來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償。H．264的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償支持以往的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中的大部分關(guān)鍵特性。
(1)不同大小和形狀的宏塊分割
對(duì)每一個(gè)16×16像素宏塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可以采用不同的大小和形狀。
(2)高精度的亞像素運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償
在H．263中采用的是半像素精度的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，而在H．264中可以采用1／4或者1／8像素精度的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)估計(jì)后的殘差要比H．263采用半像素精度運(yùn)動(dòng)估計(jì)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。
(3)多幀預(yù)測(cè)
H．264提供可選的多幀預(yù)測(cè)功能，在幀間編碼時(shí)，可選5個(gè)不同的參考幀，提供了更好的糾錯(cuò)性能，這樣便可以改善視頻圖像質(zhì)量。這一特性主要應(yīng)用于以下場(chǎng)合：周期性的運(yùn)動(dòng)、平移運(yùn)動(dòng)、在兩個(gè)不同的場(chǎng)景之間來回變換攝像機(jī)的鏡頭。
(4)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(cè)環(huán)路中的水平和垂直塊邊緣，大大減少了方塊效應(yīng)。
1．3 熵編碼
視頻編碼處理的最后一步就是熵編碼，在H．264中采用熵編碼方法有三種。第一種是Exp-Golomb碼，它適用于除變換系數(shù)之外的所有其他系數(shù)。第二種是基于上下文的自適應(yīng)變長編碼(CAVLC)，它適用于變換系數(shù)。第三種是基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼(CABAC)。CAV-LC與CABAC根據(jù)相鄰塊的情況進(jìn)行當(dāng)前塊的編碼，以達(dá)到更好的編碼效率。CABAC比CAVLC壓縮數(shù)率高，但要復(fù)雜一些。