H264標准


什么是h264

1.  H.264是一種高性能的視頻編解碼技術

  目前國際上制定視頻編解碼技術的組織有兩個:ITU和ISO/IEC。
  ITU: International Telecommunication Union “國際電信聯盟”,
  ISO:  就是“國際標准化組織”,ISO9001質量認證那個, IEC則是“國際電工委員會”。
  1988年,ISO和IEC聯合成立了一個專家組,負責開發電視圖像數據和聲音數據的編碼、解碼和它們的同步等標准。
  這個專家組,就是大名鼎鼎的MPEG,Moving Picture Expert Group(動態圖像專家組)

  1)ITU提出了H.261、H.262、H.263、H.263+、H.263++,這些統稱為H.26X系列,主要應用於實時視頻通信領域,如會議電視、可視電話等;
  2)ISO/IEC提出了MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7、MPEG21,統稱為MPEG系列。

  ITU和ISO/IEC一開始是各自搗鼓,后來,兩邊成立了一個聯合小組,名叫JVT(Joint Video Team,視頻聯合工作組)
  而H.264則是由JVT共同制定的新數字視頻編碼標准,
  所以它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4高級視頻編碼,而且它將成為MPEG-4標准的第10部分。
  因此,不論是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10,還是ISO/IEC 14496-10,都是指H.264
  在ITU與ISO合作研究后被稱為MPEG4 Part10或H.264(JVT)
  H.264是ITU-T以H.26x系列為名稱命名的標准之一,AVC是ISO/IEC MPEG一方的稱呼。

 

2.   H264標准的主要特點:

  1.更高的編碼效率:
    同H.263等標准的特率效率相比,能夠平均節省大於50%的碼率。
  2.高質量的視頻畫面:
    H.264能夠在低碼率情況下提供高質量的視頻圖像,在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸是H.264的應用亮點。
  3.提高網絡適應能力:
    H.264可以工作在實時通信應用(如視頻會議)低延時模式下,也可以工作在沒有延時的視頻存儲或視頻流服務器中。
  4.采用混合編碼結構:
    同H.263相同,H.264也使用采用DCT變換編碼加DPCM的差分編碼的混合編碼結構,
    還增加了如多模式運動估計、幀內預測、多幀預測、基於內容的變長編碼、4x4二維整數變換等新的編碼方式,提高了編碼效率。
  5.H.264的編碼選項較少:
    在H.263中編碼時往往需要設置相當多選項,增加了編碼的難度,
    而H.264做到了力求簡潔的“回歸基本”,降低了編碼時復雜度。
  6.H.264可以應用在不同場合:
    H.264可以根據不同的環境使用不同的傳輸和播放速率,並且提供了豐富的錯誤處理工具,可以很好的控制或消除丟包和誤碼。
  7.錯誤恢復功能:
    H.264提供了解決網絡傳輸包丟失的問題的工具,適用於在高誤碼率傳輸的無線網絡中傳輸視頻數據。
  8.較高的復雜度:
    264性能的改進是以增加復雜性為代價而獲得的。
    據估計,H.264編碼的計算復雜度大約相當於H.263的3倍,解碼復雜度大約相當於H.263的2倍。

 

3.  H264標准的優勢
  H.264標准的主要目標是:與其它現有的視頻編碼標准相比,在相同的帶寬下提供更加優秀的圖象質量

  1.低碼率(Low Bit Rate):
    和MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術相比,在同等圖像質量下,采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG2的1/8,MPEG4的1/3。
  2.高質量的圖象:
    H.264能提供連續、流暢的高質量圖象(DVD質量)。
  3.容錯能力強:
    H.264提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的必要工具。
  4.網絡適應性強:
    H.264提供了網絡抽象層(Network Abstraction Layer),使得H.264的文件能容易地在不同網絡上傳輸(例如互聯網,CDMA,GPRS,WCDMA,CDMA2000等)


  H.264最大的優勢是具有很高的數據壓縮比率,在同等圖像質量的條件下,H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。
    例如:原始文件的大小如果為88GB,采用MPEG-2壓縮標准壓縮后變成3.5GB,壓縮比為25∶1,
        而采用H.264壓縮標准壓縮后變為879MB,從88GB到879MB,H.264的壓縮比達到驚人的102∶1

 

4.  H.264尤其適合互聯(包括移動互聯網)的實時視頻領域

  H.264 草案中包含了用於差錯消除的工具,便於壓縮視頻在誤碼、丟包多發環境中傳輸,如移動信道或IP信道中傳輸的健壯性。
  為了抵御傳輸差錯,
    1. H.264視頻流中的時間同步可以通過采用幀內圖像刷新來完成,
    2. 空間同步由條結構編碼(slice structured coding)來支持。
    3. 同時為了便於誤碼以后的再同步,在一幅圖像的視頻數據中還提供了一定的重同步點

  H.264中,還常利用數據分割的方法來應對信道碼率的變化。
  數據分割的概念就是在編碼器中生成具有不同優先級的視頻數據以支持網絡中的服務質量QoS。
  例如采用基於語法的數據分割(syntax-based data partitioning)方法,將每幀數據的按其重要性分為幾部分,這樣允許在緩沖區溢出時丟棄不太重要的信息。
  還可以采用類似的時間數據分割(temporal data partitioning)方法,通過在P幀和B幀中使用多個參考幀來完成

  在無線通信的應用中可以通過改變每一幀的量化精度或空間/時間分辨率來支持無線信道的大比特率變化。
  可是,在多播的情況下,要求編碼器對變化的各種比特率進行響應是不可能的。
  因此,不同於MPEG-4中采用的精細分級編碼FGS(Fine Granular Scalability)的方法(效率比較低),H.264采用流切換的SP幀來代替分級編碼。

 

5. h265與264區別

  H.265是新的編碼協議,也即是H.264的升級版。

        H.265標准保留H.264原來的某些技術,同時對一些相關的技術加以改進。

     新技術使用先進的技術用以改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系,達到最優化設置

        比起H.264/AVC,H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率

  1.    編碼的宏塊大小

    以編碼單位來說,H.264中每個宏塊(macroblock/MB)大小都是固定的16x16像素,
    而H.265的編碼單位是不固定的,可以選擇從最小的8x8到最大的64x64

  2.  同樣的畫質和同樣的碼率,H.265比H2.64 占用的存儲空間要少理論50%,帶寬占用節省一半
    
  3.   采用了塊的四叉樹划分結構
        H.265相比H.264最主要的改變是采用了塊的四叉樹划分結構。一張圖片,先划分四個大的宏塊,然后每個宏塊再次划分四個小的宏塊,即四叉樹形式划分。

 

6.  H264分層編碼SVC(Scalable Video Coding)

  可分層視頻編解碼,是一種能將視頻流分割為多個分辨率、質量和幀速率層的技術。
  H.264SVC是以H.264為基礎,在語法和工具集上進行了擴展,支持具有分級特性的碼流。
  語法上,NALU頭擴展了,用於描述碼流的分級信息,使用保留的NAL類型14、20編碼增強層碼流。
  H.264SVC是H.264標准的附錄G,同時作為H.264新的profile。H.264SVC在2007年10月成為正式標准

  編碼器產生的碼流包含一個或多個可以單獨解碼的子碼流,子碼流可以具有不同的碼率,幀率和空間分辨率。
    1. 時域可分級(Temporal scalability):可以從碼流中提出具有不同幀頻的碼流。
    3. 空間可分級(Spatial scalability):可以從碼流中提出具有不同圖像尺寸的碼流。
    4. 質量可分級(Quality scalability):可以從碼流中提出具有不同圖像質量的碼流。

  應用:
    1. 監控領域
      一種方案是Multi-Stream,監控視頻流一般產生2路,主輔碼流。
      另一種方案是使用SVC(Scalable Video Coding)。
      用SVC編碼器可以產生2層的分級碼流,1個基本層用於預覽,1個增強層保證存儲的圖像質量是較高的。
      使用手機遠程監控預覽的情況下,可以產生一個低碼率的基本層。
    2. 視頻會議領域
      視頻會議終端利用SVC編出多分辨率,分層質量,會議的中心點替代傳統MCU二次編解碼方法改為視頻路由分解轉發。
      也可在網絡丟包環境下利用時域可分級,拋棄部分時域級實現網絡適應性。在雲視訊領域SVC也有想像空間。
    3. 流媒體IPTV應用
      服務器可以根據不同的網絡情況丟棄質量層,保證視頻的流暢。
    4. 兼容不同網絡環境和終端的應用。

  優缺點:

    優點:
      靈活,有技術優勢,新的編碼器H.265也使用了分層思想,可以實現靈活的應用,也可提高網絡適應性。
    缺點:
      分級碼流的解碼復雜度增加。
  由於07年10月才成為標准,兼容性和通用性沒那么好


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