數字電視H．2 6 4編碼技術(shù)分析及應用展望

0 引言
典型的數字電視系統是在發(fā)送端的數字電視節目源(主要由視頻、音頻等數據組成)先經(jīng)過(guò)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，需要輔助數據與控制數據的支持。信道編碼實(shí)現檢錯、糾錯功能，以提高數字電視傳輸信號的抗干擾能力，以便之適應信道傳輸特性，再進(jìn)行載波調制以實(shí)現頻譜搬移最后送入傳輸信道。目前數字視頻領(lǐng)域，有兩大制定視頻編碼標準的組織，它們是ITU-T與ISO／IEC。ITU-T制定的標準包括H．261、H．263、H．264，主要應用于實(shí)時(shí)視頻通信領(lǐng)域，如會(huì )議電視。MPEG系列標準是由ISO／IEC制定的，主要應用于視頻存儲(VCD、DVD)、廣播電視、因特網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)上的流媒體等。H．264具有較強的抗誤碼特性，可適應丟包率高、干擾嚴重的無(wú)線(xiàn)信道中的視頻傳輸。

1 編碼技術(shù)分析
1．1 幀內預測編碼
幀內編碼用來(lái)縮減圖像的空間冗余。為了提高H．264幀內編碼的效率，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，在對一給定宏塊編碼時(shí)，首先可以根據周?chē)暮陦K預測(典型的是根據左上角的宏塊，因為此宏塊已經(jīng)被編碼處理)，然后對預測值與實(shí)際值的差值進(jìn)行編碼，這樣，相對于直接對該幀編碼而言，可以大大減小碼率。如圖l。

1．2 幀間預測編碼
幀間預測編碼利用連續幀中的時(shí)間冗余來(lái)進(jìn)行運動(dòng)估計和補償。H．264的運動(dòng)補償支持以往的視頻編碼標準中的大部分關(guān)鍵特性。
(1)不同大小和形狀的宏塊分割
對每一個(gè)16×16像素宏塊的運動(dòng)補償可以采用不同的大小和形狀。
(2)高精度的亞像素運動(dòng)補償
在H．263中采用的是半像素精度的運動(dòng)估計，而在H．264中可以采用1／4或者1／8像素精度的運動(dòng)估值。在要求相同精度的情況下，H．264使用1／4或者1／8像素精度的運動(dòng)估計后的殘差要比H．263采用半像素精度運動(dòng)估計后的殘差來(lái)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)多幀預測
H．264提供可選的多幀預測功能，在幀間編碼時(shí)，可選5個(gè)不同的參考幀，提供了更好的糾錯性能，這樣便可以改善視頻圖像質(zhì)量。這一特性主要應用于以下場(chǎng)合：周期性的運動(dòng)、平移運動(dòng)、在兩個(gè)不同的場(chǎng)景之間來(lái)回變換攝像機的鏡頭。
(4)去塊濾波器
H．264定義了自適應去除塊效應的濾波器，這可以處理預測環(huán)路中的水平和垂直塊邊緣，大大減少了方塊效應。
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之外的所有其他系數。第二種是基于上下文的自適應變長(cháng)編碼(CAVLC)，它適用于變換系數。第三種是基于上下文的自適應二進(jìn)制算術(shù)編碼(CABAC)。CAV-LC與CABAC根據相鄰塊的情況進(jìn)行當前塊的編碼，以達到更好的編碼效率。CABAC比CAVLC壓縮數率高，但要復雜一些。