H.264在流媒體應(yīng)用中的優(yōu)勢From:://nora-tt.spaces.live/blog/cns!6b8583dfa95e2b20!460.entry摘要：H.264是ITU-TVCEG和ISOMPEG聯(lián)合頒布的新一代視頻壓縮標準，和以往的視頻壓縮標準及技術(shù)相比，H.264不僅具有更高效的壓縮性能，而且具有良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)特性。文章介紹了H.264的技術(shù)特點，并通過和其他標準的分析比較，說明了H.264在流媒體應(yīng)用中的優(yōu)勢。3H.264的特點分析H.264是ITU-TVCEG和ISO/IECMPEG的聯(lián)合小組（JVT：JointVideoTeam）于2003年3月正式頒布的標準，同時被收錄為MPEG-4的第10部分，稱為AVC（AdvancedVideoCoding）。H.264制定的目標是提供一種比已存標準性能更高的視頻編碼標準，主要體現(xiàn)為較高的編碼效率、友好的網(wǎng)絡(luò)交互性和精簡的語法表示?；诖四繕耍琀.264使用了兩層編碼結(jié)構(gòu)，其中視頻編碼層（VCL：VideoCodingLayer）實現(xiàn)對視頻內(nèi)容的高效壓縮編碼，采用了典型的基于離散余弦變換（DCT）和運動補償（MC）的混合編碼方法：將圖像劃分成小塊進行編碼；利用空域預(yù)測和變換技術(shù)去除數(shù)據(jù)的空間冗余；利用運動估計和補償技術(shù)，去除數(shù)據(jù)的時間冗余；對殘差塊施行量化和熵編碼，進一步去除冗余。另外，網(wǎng)絡(luò)抽象層（NAL：NetworkAbstractionLayer）負責(zé)對壓縮數(shù)據(jù)打包以適應(yīng)在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下傳輸?shù)囊?。此外，為了獲得更高的壓縮效率，H.264中引入了許多新的編碼方法，具有一些新的特性：對于I幀編碼，提供了多種基于空域的幀內(nèi)預(yù)測模式，包括4×4亮度塊的9種預(yù)測模式，16×16亮度塊的4種預(yù)測模式，以及8×8色度塊的4種預(yù)測模式；在運動估計和補償方面，運用了7不同大小和形狀的像素塊，四分之一步長精度的運動搜索方法，多參考幀選擇模式，去塊斑濾波等；在變換方面，用整數(shù)4×4和8×8（highprofile）變換取代傳統(tǒng)的浮點DCT變換；包含了兩種熵編碼方法，基于上下文的變長編碼（CAVLC：ContextAdaptiveVariableLengthCodes），和基于上下文的二進制算術(shù)編碼（CABAC：Context-basedAdaptiveBinaryArithmeticCoding）。從實際應(yīng)用來看，H.264能夠在更低的碼率條件下提供更好的視頻質(zhì)量，此外，網(wǎng)絡(luò)抽象層的封裝以及編碼層的容錯機制使其具有良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，是網(wǎng)絡(luò)流媒體應(yīng)用的一個較佳選擇。具體來講，H.264應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)流媒體有如下幾點優(yōu)勢：第一，針對流媒體的應(yīng)用，協(xié)議專門定義了一個檔次，稱為擴展檔次（ExtendedProfile）。該檔次界定了除算術(shù)編碼（CABAC）、B幀小圖像塊（小于8x8）的直接預(yù)測以外的一系列視頻工具，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流媒體不同應(yīng)用的不同需要，尤其是SI，SP幀的引入，使得流數(shù)據(jù)可以很方便地在不同碼率間進行切換，便于視頻流的拼接與隨機接入，同時也便于錯誤恢復(fù)。第二，具有良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性。首先，從框架結(jié)構(gòu)上講，整個協(xié)議由VCL層和NAL層構(gòu)成。VCL層主要實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的壓縮，而NAL層則負責(zé)包裝編碼產(chǎn)生的視頻流，以適應(yīng)多種不同的傳輸環(huán)境。其次，從容錯性能方面講，H.264協(xié)議充分考慮了IP網(wǎng)絡(luò)的特性，在VCL層和NAL層中提供了多種容錯工具，如數(shù)據(jù)分割，冗余Slice，任意宏塊順序（FMO），參數(shù)集工具等，從而提高壓縮碼流的魯棒性，以適應(yīng)IP網(wǎng)絡(luò)盡力而為（best-effort）的特點，減輕諸如帶寬波動、延時、丟包所帶來的不良影響。第三，具有高效的壓縮性能。H.264引入的一些新的編碼方法是壓縮性能提高的關(guān)鍵。高效的壓縮性能意味著，相同的數(shù)據(jù)量可以表示更好的圖像質(zhì)量，或者在相同的網(wǎng)絡(luò)帶寬下可以傳輸質(zhì)量更好的圖像；同時也意味著，提供相同質(zhì)量的視頻，只需要更少的數(shù)據(jù)量（或帶寬）。官方測試表明，H.264和H.263+及MPEG-4SimpleProfile相比，在相同質(zhì)量條件下，可節(jié)省高達50％的碼率。與MPEG-2相比，則性能更為優(yōu)越，壓縮效率可以是MPEG-2的2倍～4倍左右。舉例說明，你從網(wǎng)上下載了一部8M左右的DVD9的影片，如果這部影片是采用H264技術(shù)壓縮而不是MPEG-2的話，那么文件的大小可能只有2M左右，甚至更低，而視覺質(zhì)量基本不受影響，同時下載的時間無疑會大大減少；換個例子講，在網(wǎng)上傳輸一路400Kbps電視節(jié)目，節(jié)目源可能是采用WMV的技術(shù)，也可能是Real或者MPEG-4，如果換用H.264壓縮，則能夠得到更佳的圖像質(zhì)量。4分析比較圖2是H.263,MPEG-2,MPEG-4和H.264壓縮性能的一個比較。圖中橫坐標代表碼率（單位：Kbps），縱坐標代表的是視頻的質(zhì)量，用視頻亮度分量的信噪比（單位：dB）來表示，dB越高表示視頻質(zhì)量越好。使用的測試序列是標準測試序列Tempete（CIF，30幀/s）。由圖中我們可以看到，在四個編碼標準中，MPEG-2的編碼效率最低，H.263次之，然后是MPEG-4，編碼效率最高的是H.264。從視頻質(zhì)量上看，當圖像客觀質(zhì)量達到31dB時，H.264產(chǎn)生的碼率僅約為350kbps，MPEG-4需要510kbps左右，H.263約為625kbps，MPEG-2則接近1Mbps。圖2H.263,MPEG-2,MPEG-4和H.264的比較圖3是H.264和WMV9壓縮性能的一個比較。圖中橫坐標表示碼率，縱坐標表示圖像質(zhì)量（越往上表示圖像質(zhì)量越好）。從直方圖中我們可以看出，在相同碼率條件下，H.264的壓縮的圖像質(zhì)量要好于WMV9，即H.264的壓縮效率要高于WMV9，而且碼率越低，這種區(qū)別越明顯。圖3H.264和WMV9的比較圖4和圖5是DVD（D9）的原始畫面和H.264在700Kbps碼率下壓縮的影片效果的比較。截圖選取的是對編碼器極具考驗的爆炸場面。H.264在700Kbps的碼率條件下可以達到近似DVD的質(zhì)量，即使是在大運動量的情況下，視頻壓縮的效果還是很好的。業(yè)內(nèi)人士從以下截圖很容易可以看到，在相同的碼率條件下，其他的編碼器是難以提供這種質(zhì)量的視頻效果的。圖4DVD原始畫面圖5H.264700K碼率的畫面再做一個編碼器之間的橫向比較。圖6和圖7是H.264和WMV9編碼器對同一視頻源在450Kbps碼率下壓縮的影片截圖。截圖選取了包含多個運動對象的幀圖為代表，從壓縮的效果我們可以看出，H.264的清晰度要比WMV9高。圖6WMV9450k碼率的畫面圖7H.264450K碼率的畫面鑒于時間等原因，以上數(shù)據(jù)來源于一些研究機構(gòu)，截圖為作者實驗的結(jié)果，如有紕漏，歡迎指正。以上的圖表分析和測試截圖幫助我們直觀地看到，H.264具有比其他標準和技術(shù)更高效的壓縮性能，能夠在更低的網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下提供更優(yōu)質(zhì)量的視頻，是流媒體應(yīng)用的一個較佳選擇。有人可能會問，H.264效果雖佳，但復(fù)雜程度不是也很高嗎？以當前硬件的計算能力如何實現(xiàn)？的確，壓縮性能和復(fù)雜程度本來就是一對歡喜冤家，H.264的編解碼復(fù)雜度比以往的國際標準要高很多。但需要說明的是，以現(xiàn)在硬件的計算能力，無論H.264編碼器還是解碼器都是能夠?qū)崿F(xiàn)的，現(xiàn)在業(yè)界已經(jīng)存在的很多H.264的軟硬件編解碼方案就是很好的證明?，F(xiàn)在的問題是，如何以低成本實現(xiàn)高性能（包括壓縮效率和時間性能），這是H.264大規(guī)模應(yīng)用或者說產(chǎn)業(yè)化的一個前提，也是目前視頻領(lǐng)域的一個研究熱點和商業(yè)熱點。5總結(jié)H.264的高效壓縮性能和良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，使其成為視頻壓縮技術(shù)中的佼佼者。盡管在復(fù)雜程度和專利費用方面存在一些不利的因素，阻礙著H.264潛力的發(fā)揮，同時其他的一些技術(shù)（諸如WMV10和AVS）也在抓緊時間趕超它性能，但就目前而言，H.264仍不失為流媒體應(yīng)用中一個很好的選擇，而且它的應(yīng)用才剛剛開始，未來幾年內(nèi)將會發(fā)揮更大潛力。關(guān)鍵詞：視頻壓縮，H.264，流媒體1引言在通信技術(shù)和信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，人們對多媒體業(yè)務(wù)的需要愈來愈迫切，要求也愈來愈高。其中，視頻信息的質(zhì)量和傳輸速度是最為主要的。今天的網(wǎng)民們，有誰還能夠想象當年在網(wǎng)上看到一張圖片就已經(jīng)是一件興高采烈的事情了。而今天我們在網(wǎng)上聽音樂、看電視、看VOD點播、參加游戲站隊……，已經(jīng)是習(xí)以為常的事情了。當然，還少不了時兒抱怨一下視頻不連續(xù)，或是圖像模糊。技術(shù)的發(fā)展和人們的需求總是相輔相成的。近年來網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展離不開兩大重要因素：一是寬帶網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，二是視頻壓縮技術(shù)的快速進步。那么有人會問，既然網(wǎng)絡(luò)的帶寬在不停地擴展，那么壓縮是不是就顯得不那么重要了呢？這里我們舉一個例子，大家在網(wǎng)上看的P2P電視，以CIF大小的一路視頻為例計算，即分辨率為352×288，假設(shè)幀率采用每秒25幀，色度取樣4：2：0。則這樣一路視頻，如果不經(jīng)任何壓縮，碼率將為352×288×3/2×25×8＝29Mbps，即每秒鐘需要傳遞的數(shù)據(jù)量為29M。而現(xiàn)有的家庭寬帶用戶，帶寬一般僅在512kbps～2M之間，試問如何接收？即使是百兆的專線用戶，也不過能夠同時接收3路這樣的網(wǎng)絡(luò)電視節(jié)目而已。因此，勿庸置疑，如果沒有視頻壓縮技術(shù)，那么現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上的視頻業(yè)務(wù)幾乎是沒有可能的。在眾多的網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)中，流式視頻服務(wù)占了很大的一個比例。所謂流式視頻是指用戶通過網(wǎng)絡(luò)或者特定數(shù)字信道邊下載邊播放，而不需要花費很長時間將視頻數(shù)據(jù)全部下載到本地后才能播放，僅需在開始時等待幾秒鐘的延時便可以流暢地觀看。開展網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)需要解決兩個主要問題，一是媒體數(shù)據(jù)的傳輸，即信道編碼技術(shù)；二是源端數(shù)據(jù)的壓縮處理，即信源壓縮技術(shù)或稱編解碼技術(shù)，這篇文章重點探討視頻信源的壓縮技術(shù)，即視頻編解碼技術(shù)。2視頻壓縮標準和技術(shù)簡介傳統(tǒng)的視頻壓縮編碼理論建立在香農(nóng)（shannon）信息論的基礎(chǔ)上，通過消除圖像數(shù)據(jù)間的相關(guān)冗余來達到壓縮的目的，壓縮倍數(shù)一般在50倍左右，即壓縮數(shù)據(jù)可以達到原數(shù)據(jù)量的2%，代表為MPEG-1和MPEG-2。到20世紀80年代中后期，人類生理和心理學(xué)研究的成果被引入到視頻壓縮理論中來，發(fā)展了基于人眼視覺特性和信源性質(zhì)的第二代編碼技術(shù)，壓縮效率進一步提高，壓縮倍數(shù)可以達到100~150倍，即壓縮為原數(shù)據(jù)的1％左右，MPEG4和H.264是這方面的代表。圖1描述了近年來視頻壓縮標準的進展情況。國際電信聯(lián)盟（ITU-T）和國際標準化組織的運動圖像專家組（ISO/IECMPEG）是國際視頻壓縮標準的兩大主要制定者。ITU-T主要制定了H系列的標準，包括H.261，H.263；而MPEG-1，MPEG-4則是ISO/IECMPEG的主要成果。眾所周知，MPEG-1的制定，帶來了VCD和MP3產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而另一個引領(lǐng)DVD產(chǎn)業(yè)的標準MPEG-2，以及目前被認為是未來幾年最有前途的標準——H.264（未標準化以前稱作H.26L）則是兩個組織共同合作的結(jié)果。H系列的標準主要應(yīng)用于視頻會議、遠程監(jiān)控等業(yè)務(wù)，較適合于早期的PSTN、ISDN網(wǎng)絡(luò)；MPEG-1和MPEG-2是兩個主要面向存儲的壓縮標準，碼率較高，對網(wǎng)絡(luò)的特性也考慮較少。因此，在網(wǎng)絡(luò)流媒體領(lǐng)域中很少看到這些標準的大規(guī)模應(yīng)用。MPEG-4和H.264是目前流媒體領(lǐng)域內(nèi)比較適用的兩個國際標準，常見的編碼器如Divx和Xvid實質(zhì)是遵循MPEG-4標準的編解碼器。圖1國際標準進展在流媒體領(lǐng)域，除了以上國際標準外，較有影響的一些技術(shù)還有微軟的WMV9，RealNetworks公司的Real9，On2的VP6/VP7等。這些流媒體技術(shù)，應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要而產(chǎn)生，加之擁有這些技術(shù)的公司本身的影響，使得它們被廣泛應(yīng)用，在流媒體領(lǐng)域扮演了重要的角色。此外，為適應(yīng)中國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，2002年由科技司批準成立了中國音視頻標準化工作組，負責(zé)制定中國自己的音視頻編碼標準，稱為AVS。內(nèi)容包括系統(tǒng)、視頻、音頻、數(shù)字版權(quán)保護、文件格式、標準的一致性，參考軟件等多個部分。目前，其第二部分：視頻，已經(jīng)獲準成為國家標準，從2006年3月1日開始實施。AVS視頻部分的特點是高效，低復(fù)雜度，其系統(tǒng)級和MPEG2兼容，許可費比較低。AVS的編碼效率比MPEG2高兩倍，接近于H.264。最近讀者jdf8336184徙之ouwei03分享(0)

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