視頻編解碼技術

　概述

　視頻編解碼技術是網絡電視發展的最初條件。只有高效的視頻編碼才能保證在現實的互聯網環境下提供視頻服務。

　　H.264或稱為MPEG-4第十部分(高級視頻編碼部分)是由ITU-T和ISO/IEC再次聯手開發的最新一代視頻編碼標準。由于它比以前的標準在設計結構、實現功能上作了進一步改進，使得在同等視頻質量條件下，能夠節省50%的碼率，且提高了視頻傳輸質量的可控性，并具有較強的差錯處理能力，適用范圍更廣。在低碼率情況下，32kbps的H.264圖像質量相當于128kbps的MPEG-4圖像質量。H.264可應用于網絡電視、廣播電視、數字影院、遠程教育、會議電視等多個行業。

　　除了ITU-T和ISO/IEC兩個國際標準化組織制定的視頻編碼標準以外，美國微軟公司和Real Network公司都有自己的視頻編碼標準。事實上，他們也是常用的網絡電視標準。

　分類

　　視頻壓縮編碼技術可以分為兩大類：無損壓縮和有損壓縮。

　　無損壓縮也稱為可逆編碼，指使用壓縮后的數據進行重構(即：解壓縮)時，重構后的數據與原來的數據完全相同。也就是說，解碼圖像和原始圖像嚴格相同，壓縮是完全可恢復的或無偏差的，沒有失真。無損壓縮用于要求重構的信號與原始信號完全一致的場合，例如磁盤文件的壓縮。

　　有損壓縮也稱為不可逆編碼，指使用壓縮后的數據進行重構(即：解壓縮)時，重構后的數據與原來的數據有差異，但不影響人們對原始資料所表達的信息造成誤解。也就是說，解碼圖像和原始圖像是有差別的，允許有一定的失真，但視覺效果一般是可以接受的。有損壓縮的應用范圍廣泛，例如視頻會議、可視電話、視頻廣播、視頻監控等。

　無損壓縮

　　典型的無損壓縮編碼技術有：哈夫曼(Huffman)編碼、香農編碼、RLC(Run Length Code，行程編碼)、LZW(Lenpel-Ziv&Welch)編碼、算術編碼。

　有損壓縮

　　典型的有損壓縮編碼技術介紹如下。

　　1、預測編碼：點線性預測、幀內預測、幀間預測。

　　預測編碼主要是減少數據在空間和時間上的相關性，以達到對數據壓縮的目的。

　　2、變換編碼：KL(Karhunen-Loeve變換)、DFT(Discrete Fourier Transform，離散傅里葉變換)、DCT(Discrete Cosine Transform，離散余弦變換)、DST(Discrete Sine Transform，離散正弦變換)、HADAMARD(哈達碼變換)、小波變換。

　　變換編碼將圖像時域信號變換到頻域上進行處理。

　　3、量化編碼：標量量化、矢量量化。

　　當我們對模擬信號進行數字化時，需要經歷一個量化的過程。在這里，量化器的設計是一個很關鍵的步驟，量化器設計的好壞對于量化誤差的大小有直接的影響。矢量量化是相對于標量量化而提出的，如果一次量化多個點，則稱為矢量量化。

　　4、子帶編碼：子帶編碼、塊切割法。

　　子帶編碼主要有兩種方式。一種是，將圖像數據變換到頻域后，按頻域分帶，然后用不同的量化器進行量化，從而達到最優的組合。另外一種是，分步漸進編碼，在初始時對某一頻帶的信號進行解碼，然后逐漸擴展到所有頻帶，隨著解碼數據的增加，解碼圖像也逐漸的清晰起來。子帶編碼對于遠程圖像模糊查詢與檢索的應用比較有效。

　　5、模型編碼：結構模型、知識基模型。

　　結構模型編碼，也稱為二代編碼。編碼時首先求出圖像中的邊界、輪廓、紋理等結構特征參數，然后保存這些參數信息。解碼時根據結構和參數信息進行組合，從而恢復出原圖像。

　　知識基模型編碼，對于人臉等可用規則描述的圖像，利用人們對其的知識形成一個規則庫，據此將人臉的變化等特征用一些參數進行描述，從而根據參數和模型就可以實現對人臉的圖像編解碼。

　　6、混合編碼：JPEG、H.261、MPEG等。

　　混合編碼同時使用兩種或兩種以上的編碼方法進行編碼。

　研制視頻編碼國際標準的正式組織

　　研制視頻編碼國際標準的兩個正式組織：ITU-T和ISO/IEC：

　　l ITU-T(International Telecommunication Union -Telecommunication Standardization Sector，國際電信聯盟通信標準部)視頻編碼標準以H.26x的形式表示(例如，H.261、H.262、H.263、H.264和H.265)，它主要是為視頻會議和可視電話等實時視頻通信應用設計的。

　　l ISO/IEC(ISO：International Standardization Organization，國際標準化組織;IEC：International Electrotechnical Commission，國際電工技術委員會)標準以MPEG-x的形式表示(例如，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21)，它主要是為視頻存儲(DVD)、廣播視頻以及視頻流(例如，網上視頻、無線視頻應用)設計的。

　　這兩個標準委員會合作開發了H.262/ MPEG-2標準、以及H.264/ MPEG-4 AVC(Advanced Video Code)——MPEG-4標準的第10部分。

　視頻編碼技術比較

　　事實上，H.26x和MPEG-x標準的視頻編碼都是采用上述幾種編碼方法的混合編碼，主要區別在于處理圖像的分辨率、預測精度、搜索范圍、量化步長等參數的不同。各編碼標準的側重點不同，應用的場合也不同。