H.264/AVC视频编解码技术概念与实现.

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1 H.264/AVC视频编解码技术概念与实现

2 第二集：主流视频编码标准的技术发展

3 主流视频编码标准的发展 组织 制定标准 时间 CCITT(ITU-T前身) H.261 1988 ISO/IEC – MPEG MPEG-1
1991 ISO+CCITT → JPEG JPEG 1992 ITU-T + MPEG MPEG-2 1994 ITU-T H.263 1995 MPEG MPEG-4 1999 ITU-T+MPEG H.264/MPEG-4 AVC 2003 H.265/HEVC 2013 主流视频编码标准的发展

4 H.264 / MPEG-4 AVC H.265/HEVC 20133 主流视频编码标准的发展

5 Google: VP8/VP9 Microsoft: VC-1 国产自主标准：AVS/AVS+/AVS2 其他常见的视频编码标准格式

6 一、H.261标准 第一种采用“块结构的混合编码”方案的编码标准 目的：视频会议、可视电话等低码率视频图像传输
数据格式：公共中间格式（Common Intermediate Format, CIF） 各国电视制式不统一，无法互通 在使用H.261进行编码之前，首先转换为CIF格式然后再编码 每一帧分辨率（亮度）： CIF: 352 X 288 QCIF: 176 X 144 一、H.261标准

7 H.261编码/解码系统结构

8 H.261信源编码器 帧内编码/帧间编码判定：根据帧间相关性判定；相关性高使用帧间编码， 相关性低使用帧内编码；
帧间编码/运动估计：使用以宏块为基础的运动补偿预测编码；当前宏块 从参考帧中查找最佳匹配宏块，并计算其相对偏移量(Vx, Vy)作为运动矢 量；编码器使用DCT、量化编码当前宏块和预测宏块的残差信号； 帧内编码：帧内编码直接使用DCT编码8×8像素值 环路滤波器：实际上是一个数字低通滤波器，滤除不必要的高频信息， 以消除方块效应； H.261信源编码器

9 H.261复合编码器 帧层：由帧首和块组数据构成；帧首包括 帧起始码（ PSC）、帧计数码（ TR）、帧 类型（ PTYPE）等；
块组层：由块组首和宏块数据组成；块组 首包括组起始码（ GBSC）、块组编号码 （ GN）、块组量化步长等； 宏块层：由宏块首和块数据构成；宏块首 包括宏块地址码、宏块类型、宏块量化步 长、运动矢量数据、编码模式等； 块层：包括每个8×8块的DCT系数按之字 形扫描后的熵编码码流，以块结束符结尾。 H.261复合编码器

10 二、H.263标准 H.263相对于H.261的改进： H.263支持的图像格式
运动矢量：相对于H.261对每一个MB分配一个运动矢量，H.263支持每一个 8×8块各自使用一个运动矢量； MV精度：相对于H.261只支持整数像素运动搜索，H.263的精度为1/2像素； 双向预测模式：H.263支持B帧，使用前后双向预测模式 熵编码采用算术编码算法，运算复杂度高，可显著降低码率 H.263支持的图像格式 图像格式 Sub-QCIF QCIF CIF 4CIF 16CIF 分辨率（亮度） 128×96 176×144 352×288 704×576 1480×1152 二、H.263标准

11 三、MPEG-1标准 B P …… 作用：在CD/VCD介质中存储音视频信息 码率：1.2~1.5Mb/s 图像类型：支持I、B、P帧类型
I帧：帧内编码帧，采用帧内编码，可作为P/B帧的参考帧； P帧：前向预测帧，采用帧间编码，以I/P帧作为参考帧； B帧：双向预测帧，参考前后两个方向的参考帧； 图像显示顺序： I B P …… 三、MPEG-1标准

12 MPEG-1码流结构 总体结构上，MPEG-1与H.261类似，采 用分层的码流结构
条带层可以有效防止编码错误在一帧内 扩散 MPEG-1码流结构

13 四、MPEG-2标准 MPEG-2的码流层次：共分为三层： 档（Profile）和级（Level）
基本流：ES，由视频编码的视频基本流和音频编码的音频基本流构成 打包基本流：PES，为音视频ES分别打包 传输流、节目流：TS/PS，若干个PES进行复用后输出，分别用于传输和存储 档（Profile）和级（Level） 按照使用的编码工具共定义了5个Profile（SP/MP/SNP/SSP/HP） 按照视频分辨率定义了4个级别（LL/ML/H1440/HL） MPEG-2格式支持逐行或隔行扫描视频，使用基于帧或场的编码 四、MPEG-2标准

14 MPEG-2 es流的结构 MPEG-2的ES流结构类似于MPEG-1，也分为图像序列层、图像组、图像、 片、宏块和块层：
图像序列层：包括若干GOP，序列头包含起始码和序列参数等； 图像组（GOP）层：包括若干图像，GOP头包括起始码、GOP标识等； 图像层：包括若干个Slice，图像头中包括起始码和图像参数等； 片（Slice）层：最小的同步单位，包括若干宏块，Slice头中包括起始码、 片地址、量化步长等信息； 宏块（Macroblock）层：由4个亮度块和2个色度块组成，宏块头包括地址、 类型、MV等信息 MPEG-2 es流的结构

15 五、MPEG-4标准 与前任MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4更注重多媒体系统的交互性、 灵活性和可扩展性；

16 下集预告：H.264视频编码标准简介