戴靜 張順玲 李秋京 馬艷杰

摘要：隨著無(wú)線通信技術(shù)的日益發(fā)展，針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸逐漸成為了多媒體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)得到廣泛使用。H.264是最新的國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)， 通過(guò)許多的新技術(shù)來(lái)提高編碼的性能。本文對(duì)H.264中的幀內(nèi)預(yù)測(cè)和幀間預(yù)測(cè)、整數(shù)變換與量化、熵編碼關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：H.264 幀內(nèi)預(yù)測(cè) 幀間預(yù)測(cè) 熵編碼

中圖分類號(hào)：TN919.81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0233-01

隨著無(wú)線通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出越來(lái)越多的數(shù)字視頻業(yè)務(wù)。視頻的編碼技術(shù)成為了人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，視頻編碼技術(shù)可以分成兩大部分，分別是由ISO/IEC制定的MPEG-x系列和由ITUT-T制定的H.26x系列。所有的視頻編碼技術(shù)所要解決的共同問(wèn)題就是用最少的存儲(chǔ)容量來(lái)保證最好的圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)的視頻編碼技術(shù)在實(shí)用的過(guò)程中總是會(huì)出現(xiàn)或多或少的問(wèn)題，為此，ISO/IEC和ITUT-T兩大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織建立了聯(lián)合視頻工作組，提出了一種最新的國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264。

1 H.264視頻壓縮編碼原理

在編碼過(guò)程中，將視頻幀分為幀內(nèi)編碼和幀間編碼兩種模式。針對(duì)幀內(nèi)編碼模式，其預(yù)測(cè)值是由當(dāng)前幀內(nèi)已編碼的宏塊經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)玫降?。編碼流程為：首先變換和量化殘差數(shù)據(jù)，其次對(duì)量化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)編碼和變長(zhǎng)編碼，最后生成用于后繼塊編碼參考的重構(gòu)塊。針對(duì)幀間編碼模式，其預(yù)測(cè)值是通過(guò)與當(dāng)前宏塊相鄰的重構(gòu)塊解碼后重建的上側(cè)和左側(cè)像素點(diǎn)的值來(lái)決定的。編碼流程為：首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，其次通過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償產(chǎn)生殘差數(shù)據(jù)，最后對(duì)殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、量化、編碼。

2 H.264編碼關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼

對(duì)比其他的編碼技術(shù)，H.264提供了更多不同的工具來(lái)降低碼率。幀內(nèi)預(yù)測(cè)是運(yùn)用相鄰塊的像素來(lái)對(duì)當(dāng)前塊進(jìn)行預(yù)測(cè)，是一種空間域上的編碼算法。針對(duì)4×4亮度塊有9種預(yù)測(cè)模式，如圖1所示。

針對(duì)16×16亮度塊有4種預(yù)測(cè)模式，分別為垂直模式、水平模式、平均模式以及平面模式，具體預(yù)測(cè)模式如圖2所示。

2.2 幀間預(yù)測(cè)編碼

為了提高運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木群退俣?，在H.264中允許編碼器使用前一幀用于運(yùn)動(dòng)估計(jì)。在運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)中，宏塊的分解不再只是4×4和16×16兩種模式，而是可以分解成1個(gè)16×16、2個(gè)16×8、2個(gè)8×16或者4個(gè)8×8四種形式，編碼率得到了提升。

2.3 整數(shù)變換和量化

整數(shù)變換是指H.264對(duì)幀內(nèi)或者幀間預(yù)測(cè)的殘差進(jìn)行離散余弦變換（Discrete Cosine Transform， DCT）編碼。進(jìn)行量化的原因是盡可能減少圖像編碼長(zhǎng)度和圖像中冗余的信息來(lái)降低碼流，并能保證視頻質(zhì)量的不下降。在H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)中將整數(shù)變換編碼和量化兩個(gè)過(guò)程結(jié)合在一起。

2.4 熵編碼

在H.264標(biāo)準(zhǔn)中使用了UVLC（Universal Variable Length Coding）和CABAC（Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding）兩種熵編碼方法對(duì)殘差系數(shù)進(jìn)行編碼。其中，UVLC算法簡(jiǎn)單，但是對(duì)于時(shí)間要求很嚴(yán)格，效率低。CABAC編碼減少了塊編碼的相關(guān)性冗余，編碼效率高，但是計(jì)算起來(lái)相對(duì)比較復(fù)雜。

3 結(jié)語(yǔ)

H.264是新一代的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，與現(xiàn)有的H.263和MPEG-2相比擁有很強(qiáng)的編碼優(yōu)勢(shì)。H.264編碼效率高，可以很好地提升壓縮率。隨著無(wú)線技術(shù)和多媒體技術(shù)的日益發(fā)展，H.264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)擁有更加廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)

[1]聶曉波.基于H.264壓縮域的視頻水印算法研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]謝濤.基于視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.264的研究及應(yīng)用[D].中南民族大學(xué)，2009.