H.264/AVC視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的新進(jìn)展
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圖4 用于8×8空間亮度預(yù)測(cè)的樣本
8×8正變換和逆變換都可以通過快速蝶形算法實(shí)現(xiàn)，對(duì)于n比特的輸入視頻，只需要(8+n)比特的運(yùn)算動(dòng)態(tài)范圍。8×8變換蝶形算法的復(fù)雜度只略高于4×4變換。
新的變換同時(shí)要求相應(yīng)的量化方法。FRExt在第一版的基礎(chǔ)上做了擴(kuò)展，與MPEG-2一樣可以選擇量化矩陣進(jìn)行量化，而量化矩陣可以提高圖像的主觀質(zhì)量。同時(shí)，CABAC也做了改進(jìn)，增加了3個(gè)內(nèi)容模型，而CAVLC把8×8的系數(shù)分為4組4×4的系數(shù)。
表1 FRExt中的二維8×8變換矩陣
須要指出的是，編碼器可以對(duì)每一個(gè)宏塊選擇4×4或8×8變換，但變換尺寸的選擇過程受到兩種約束：(1)對(duì)于幀內(nèi)預(yù)測(cè)，只有在采用8×8亮度塊的預(yù)測(cè)時(shí)，選擇8×8整數(shù)變換；(2)對(duì)于幀間預(yù)測(cè)，宏塊中包含一個(gè)或多個(gè)小于8×8的塊(4×8、8×4、4×4)，必須采用4×4整數(shù)變換。
高保真編碼
在高類中，H.264/AVC對(duì)FRExt定義了特別的編碼方案——支持無損編碼和多種顏色格式。
(1)無損編碼
為滿足視頻信號(hào)高保真的要求，H.264/AVC只在H444P類中引入了無損壓縮編碼方案。第一個(gè)是PCM方案，它沒有預(yù)測(cè)、變換和量化，直接傳送取樣點(diǎn)的值以達(dá)到無損編碼的目的；第二個(gè)是無變換的無損編碼方案，運(yùn)用預(yù)測(cè)與熵編碼技術(shù)來表示圖像高效無損，相對(duì)于第一個(gè)方案提高了編碼效率。
(2)支持多種顏色格式
RGB與YCbCr相互之間的顏色轉(zhuǎn)換使用的都是浮點(diǎn)運(yùn)算，這必將引入舍入誤差。為了消除在浮點(diǎn)運(yùn)算中引入的舍入誤差，H.264/AVC在支持RGB的同時(shí)引入了新的彩色空間YCgCo：
Y=1/2(G+(R+B)/2), Cg=1/2(G-(R+B)/2),Co=(R-B)/2
上面的公式減小了色彩空間轉(zhuǎn)換的復(fù)雜度；但是，為了避免舍入誤差，要求增加額外的比特以保持精確性。為了把這個(gè)額外比特降到1b，使用下面的公式：
Co=R-B，Cg=G-(B+(Co>>1))，Y=(B+(Co>>1))+Cg>>1)
壓縮效率
從壓縮效率上講，H.264/AVC已經(jīng)大大超過了以往的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，加入了FRExt之后，其在大尺寸、高保真等視頻壓縮方面更具優(yōu)勢(shì)。圖5示出H.264/AVC FRExt與MPEG-2在HDTV圖像主觀評(píng)價(jià)方面的一個(gè)比較，H.264/AVC在不同的碼率下壓縮，而MPEG-2的壓縮碼率是24Mb/s，由此圖可見8Mb/s的H.264/AVC FRExt與MPEG-2相當(dāng)。
圖5 H.264/AVC FRExt 與MPEG-2的性能比較
由于引入了基于空域的幀內(nèi)預(yù)測(cè)技術(shù)，并且經(jīng)過FRExt的改善，H.264/AVC的I幀與JPEG2000的編碼效率相當(dāng)，非常適合高質(zhì)量的視頻壓縮應(yīng)用。
小結(jié)
新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264/AVC的新進(jìn)展——FRExt，相對(duì)于第一版標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了視頻源的采樣格式與比特深度，加入了一些提高編碼效率的工具。從而H.264/AVC進(jìn)一步提高了編碼效率，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
目前，高類已經(jīng)代替主類而成為廣播和其他娛樂應(yīng)用的首選。主要原因是，它比起先前的主類只增加了極小的算法復(fù)雜度，卻大大提高了壓縮性能且編碼器控制的靈活性。其中，H422P類可望在演播室環(huán)境中得以應(yīng)用。在補(bǔ)充了FRExt之后，H.264/AVC被迅速推廣到各種應(yīng)用中，主要包括：歐洲數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB；美國(guó)先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì)ATSC；DVD論壇的HD-DVD規(guī)范；藍(lán)光光碟協(xié)會(huì)(BDA)的BD-ROM規(guī)范。
評(píng)論