H.264/MPEG-4 AVC
H.264,
现行 | |
开始 | 2003 |
2019 | |
组织 | ITU-T, ISO, IEC |
VCEG, MPEG | |
H.261, H.262 ( H.263, MPEG-1 | |
H.265, H.266 | |
领域 | |
网站 | https://www.itu.int/rec/T-REC-H.264 |
H.264/AVC项
H.264/MPEG-4 AVC
H.264
概 述
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H.264/AVC项目
H.264标准
H.264
H.264/AVC标准
对标
技術 細 節
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H.264/AVC
多 參考 幀的運動 補償 。比 起 以前 的 視 頻 編 碼標準 ,H.264/AVC以更靈 活 的 方式 使用 已 編 碼的更 多 幀來作為 參考 幀。在 某 些情況 下 ,可 以使用 最多 32個 參考 幀(在 以前 的 標準 裡 面 ,參考 幀的數 目 不 是 1就是對 B幀來說 的 2)。該特性 對 大 多數 場景 序列 都 可 以帶來 一定的碼率降低或者質量提高,對 某 些類型 的 場景 序列 ,例 如快速 重複 的 閃光 ,反覆 的 剪切或 者 背景 遮 擋的情況 ,它能很顯著 的 降 低 編 碼的碼率。變 塊 尺寸 運動 補償 。可 使用 最大 16x16至 最小 4x4的 塊 來 進行 運動 估計與 運動 補償 ,能 夠對圖像 序列 中 的 運動 區域 進行 更 精確 的 分割 。這些類型 共有 16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4。為 了 減少 混 疊 (Aliasing)並 得 到 更 銳 化 的 圖像 ,採用 六 抽頭的 濾波器 (六阶数字滤波器)來 產 生 二分之一像素的亮度份量預測值。- 灵活
的 隔 行 扫描视频编码(interlaced-scan video coding)。隔 行 扫描图像的 每 帧包括 两个场,所 以对于隔行 扫描图像有 三 种编码方式 :1、将 两场合 并为一帧进行编码;2、将 两场分 别编码;3、将 两场合 并为一 帧,但 是 在 宏 块级别上,将 一个帧宏块划分为两个场宏块进行编码。以上 前 两种编码方式 称 为图像 自 适应帧/场编码(Picture-adaptive frame-field, PicAFF or PAFF),第 三种称为宏块自适应帧/场编码(Macroblock-adaptive frame-field, MBAFF)。[2]- PAFF:对于
一 个运动图像 ,由 于场之 间存在 着 较大的 扫描间隔,所以 帧中相 邻两行 之 间的空 间相关性相 对于逐行扫描图像较小,因 此对两个场分别编码会更 节省码流。对于一个非运动图像,相 邻两行 之 间存在 较大的 空 间相关性,将 两场合 并为一 帧编码更有效 。所以 PAFF编码方式 可 以针对整个图像 的 编码方式 做自适应调整,选择帧编码或场编码。 - MBAFF:
当 图像同 时存在 运动区域 和 非 运动区域 时,PAFF的 劣 势便显现出来 ,PAFF的 自 适应粒 度 太 粗 ,无法实现满足更 加 精 细的编码要求 ,于是MBAFF应运而生。MBAFF对帧编码或 场编码的选择是 基 于宏块的,MBAFF将 两场合 并为一 帧进行 编码,但 将 每 一个帧宏块(16x16)划分为场宏 块对(8x16),针对每 一个帧宏块,比 较帧编码和 场编码产生 的 码流大小 ,使用 最 节省码流的 方式 。
- PAFF:对于
- 1/4
像 素 精度 的 運動 補償 能 夠提供 更 高 精度 的 運動 塊 預 測 ,由 於色度 通常 是 亮 度 抽樣的 1/2(參 見 4:2:0),這時運動 補償 的 精度 就達到 了 1/8像 素 精度 。 加 權 的 運動 預 測 ,指 在 運動 補償 時 可 以使用 增加 權 重和 偏 移 的 辦法。它能在 一 些特殊 的 場合 ,如淡入 、淡 出 、淡 出 而後淡 入 等 情況 提供 相當 大 的 編 碼增益 。使用 了 一 個 Loop的 除 塊 效 應 濾波器 ,能 夠減輕 普遍 存在 於其他 基 於離散 餘弦 變換 (DCT)的 視 頻 編 解 碼器的 塊 效 應 。一 個 匹 配 的 整數 4x4變換 (類似 於離散 餘弦 變換 的 設計 ),同樣 在高 精度 拓 展 中 ,採用 整數 8x8變換 ,並 能 在 4x4變換 和 8x8變換 中 進行 自適 應 的 選擇 。在 第 一 次 4x4變換 後 ,對 DC係數 (色 度 的 DC係數 和 某 種 特殊 狀況 的 亮 度 DC係數 )再 進行 一 次 Hadamard變換 ,使 得 在 平滑 區域 得 到 更 好 的 壓縮 效果 。利用 臨近塊 的 邊 界 像 素的 Intra空間 預 測 (比 曾在MPEG-2視 頻 部分 使用 的 直流 係數 預 測 和 在 H.263+和 MPEG-4視 頻 部分 使用 的 變換 係數 預 測 的 效果 要 好 )。基 於上下 文 的 二 元 算數 編 碼(CABAC),它能夠靈活 的 將 各種 語法 元素 ,在 已 知 相應 上下 文 概 率 分 佈的狀況 下 進行 更 有效 的 無 損 熵編碼。“通 过序列 foreman和 coastguard对CABAC和 CAVLC的 压缩性能 进行了 比 较,在 给定的 实验条件下 得 出 CABAC的 比 特 率 比 CAVLC节省5%~14%,并且随 量 化 步 长的增大 ,比 特 率 节省增 多 。但 是 CABAC计算复杂度 高 ,耗时比 CAVLC长。”[3]基 於上下 文 的 變 長編 碼(CAVLC),用 於對量 化 後 的 變化 係數 進行 編 碼。比 起 CABAC它的複雜 度 相對 較低,壓縮 比 不 高 ,但 是 比 起 以前 的 視 頻 編 碼標準 所 使用 的 熵編碼方案 ,它又是 相當 有效 的 。CAVLC支援 所有 的 H.264 profiles, CABAC則 不 支援 Baseline以及Extended profiles.對 既 不 是 用 CABAC也不是 用 CAVLC的 語法 元素 ,使用 指數 哥倫布 碼(Exponential-Golomb,Exp-Golomb)熵編碼方案 ,進行 編 碼。使用 一個網絡抽像層(NAL),使 得 相 同 的 視 頻 語法 可 以適用 於多種 網 絡 環境 中 ;並 且使用 了 序列 參 數 集 (SPSs)和 圖像 參 數 集 (PPSs)來 提供 更 高 的 強健 性 (robustness)和靈 活性 。切 換 切片 (Switching slices,包括 SP和 SI兩 種 ),它使得 編 碼器能 夠指令 解 碼器跳 轉 到 一個正在處理的視頻碼流,用 來 解決 視 頻 碼流碼率切 換 和 "竅門模 式 "(Trick mode)操作 。當 解 碼器利用 SP/SI切片 跳 轉 到 一個視頻碼流中間時,除 非 之 後 的 解 碼幀引用 切 換 幀之前 的 圖像 作為 參考 幀,它都可 以得到 完全 一致的解碼重建圖像。靈 活 的 宏 块排列 模 式 (FMO for Flexible macroblock ordering,也被稱 為 切片 組 slice groups技術 )和 任意 切片 排列 (ASO for arbitrary slice ordering)模 式 ,用 來 更改 圖像 編 碼的最 基本 單位 -宏 块的編 碼順序 。它能夠用來 提 高 有 繞 信道 下 碼流的 強 韌性(robustness)以及一 些其它的目的 。數 據 分 區 (DP for Data partitioning),能 夠將重要 程度 不同 的 語法 元素 分 開 打 包 傳 輸,並 使用 非 平等 數 據 保護 (UEP for unequal error protection)等 技術 來 改善 視 頻 碼流對抗 信道 誤 碼/丟包的 強 韌性(Robustness)。- 冗余
切片 (RS for Redundant Slices),同樣 是 一個提高碼流穩健性的技術。編 碼器利用 該技術 可 以發送 圖像 某 區域 (或 者 全部 )的 另一 個 編 碼表示 (通常 是 較低分 辨 率 的 編 碼碼流 )使 得 當主 表示 發生 錯誤 或 者 丟失的 時候 能 夠用冗余的 第 二個編碼表示來解碼。 使用 了 一個自動的字節碼流打包方法,避免了 碼流中 出現 與 開始 碼重複 的 碼字。開始 碼是碼流中 用 於隨機 訪問 和重 建 同 步 的 碼字。補充 增強 信 息 (SEI for Supplemental Enhancement Information)和 視 頻 可用 信 息 (VUI for Video Usability Information)增加 了 向 視 頻 碼流中 加 入信 息 的 辦法,為 各種 應用 提供 了 用途 。- 輔助
圖 層 (Auxiliary pictures),可 以用來 實現 某 些特殊 的 功 能 ,例 如alpha復 合 (alpha compositing)。 - 幀編
號 ,使用 該功能 支持 創建 一個視頻序列的子序列,可用 來 支持 實現 時 域 的 可 伸縮 性 ,還 支持 對 丟失的 整 幀圖像 進行 檢 測 和 隱 藏 (丟失可能 是 由 於網絡 丟包或 者 信道 誤 碼造成 的 )。 圖像 順序 計數 ,使用 該功能 使 得 各 幀圖像 的 順序 和解 碼圖像 的 像 素 值與時間 信 息 無關 ,即 使用 一個單獨的系統對時間信息進行傳輸、控 制 、更改 ,從 而不影響 解 碼圖像 的 像 素 值。
專 利 許可
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其他
應用
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光 碟儲存
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- DVD
論壇 制 訂 的 HD DVD格式 藍 光 光 碟聯盟 (BDA)制 訂 的 藍 光 光 碟Blu-ray Disc格式
數 位 電 視
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歐 洲 與北 美 洲 地區
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另外,
亞 洲 地區
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衛星 數 碼電視
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- News Corp./DirecTV(
美國 ) - Echostar / Dish Network / Voom TV(
美國 ) - Euro1080(
歐 洲 ) - Premiere(
德 國 ) - BSkyB(
英國 及愛 爾 蘭 )
网络電 視
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通 訊與多 媒體
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互聯
互聯
MPEG
H.264
產品 和 實現
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蘋果
Envivio
Modulus Video
Tandberg television
哈雷(Harmonic)也推
Sony
Nero Digital
Sorenson
InterVideo
ATI於2005
Matrox
設計
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Level | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Luma samples/s | Macroblocks/s | |||||
1 | 380,160 | 1,485 | 25,344 | 99 | 64 | 128×96@30 176×144@15
|
1b | 380,160 | 1,485 | 25,344 | 99 | 128 | 128×96@30 176×144@15
|
1.1 | 768,000 | 3,000 | 101,376 | 396 | 192 | 128x96@60 352×288@7.5
176×144@30 |
1.2 | 1,536,000 | 6,000 | 101,376 | 396 | 384 | 128x96@120 352×288@15
176×144@60 |
1.3 | 3,041,280 | 11,880 | 101,376 | 396 | 768 | 128x96@172 352×288@30
176×144@120 |
2 | 3,041,280 | 11,880 | 101,376 | 396 | 2,000 | 128x96@172 352×288@30
176x144@120 |
2.1 | 5,068,800 | 19,800 | 202,752 | 792 | 4,000 | 176x144@172 352×576@25
352×240@60 352×288@50 352×480@30 |
2.2 | 5,184,000 | 20,250 | 414,720 | 1,620 | 4,000 | 176×144@172 720×576@12.5
352×480@30 352×576@25 720×480@15 |
3 | 10,368,000 | 40,500 | 414,720 | 1,620 | 10,000 | 176×144@172 720×576@25
352×240@120 352×480@60 720×480@30 |
3.1 | 27,648,000 | 108,000 | 921,600 | 3,600 | 14,000 | 352x288@172 1,280×720@30
352x576@130 640x480@90 720×576@60 |
3.2 | 55,296,000 | 216,000 | 1,310,720 | 5,120 | 20,000 | 640x480@172 1,280×720@60
720x480@160 720x576@130 |
4 | 62,914,560 | 245,760 | 2,097,152 | 8,192 | 20,000 | 720x480@172 2,048×1,024@30
720x576@150 1,280×720@60 |
4.1 | 62,914,560 | 245,760 | 2,097,152 | 8,192 | 50,000 | 720x480@172 2,048×1,024@30
720x576@150 1,280×720@60 |
4.2 | 133,693,440 | 522,240 | 2,228,224 | 8,704 | 50,000 | 720x576@172 2,048×1,080@60
1,280×720@140 |
5 | 150,994,944 | 589,824 | 5,652,480 | 22,080 | 135,000 | 1,024×768@172 3,680×1,536@25
1,280×720@160 2,048×1,080@60 2,560×1,920@30 |
5.1 | 251,658,240 | 983,040 | 9,437,184 | 36,864 | 240,000 | 1,280×720@172 4,096×2,048@30
1,920×1,080@120 2,048×1,536@80 |
5.2 | 530,841,600 | 2,073,600 | 9,437,184 | 36,864 | 240,000 | 1,920×1,080@172 4,096×2,160@60
2,048×1,536@160 |
6 | 1,069,547,520 | 4,177,920 | 35,651,584 | 139,264 | 240,000 | 2,048×1,536@300 8,192×4,320@30
4,096×2,160@120 |
6.1 | 2,139,095,040 | 8,355,840 | 35,651,584 | 139,264 | 480,000 | 2,048×1,536@300 8,192×4,320@60
4,096×2,160@240 |
6.2 | 4,278,190,080 | 16,711,680 | 36,651,584 | 139,264 | 800,000 | 4,096*2,304@300 8,192×4,320@120
|
The maximum bit rate for High Profile is 1.25 times that of the Base/Extended/Main Profiles, 3 times for Hi10P, and 4 times for Hi422P/Hi444PP.
The number of luma samples is 16x16=256 times the number of macroblocks (and the number of luma samples per second is 256 times the number of macroblocks per second).
註釋
编辑
- ^ (Video Coding Layer)
kbit/s (Baseline, Extended and Main Profiles)
參考 資料
编辑
- ^ H.262 : Information technology —Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video. [2007-04-15]. (
原始 内容 存 档于2015-10-17). - ^ 视频编码
中 的 PAFF和 MBAFF的 区 别. [2014-01-19]. (原始 内容 存 档于2015-09-22). - ^
比 较CABAC与 CAVLC. [2014-01-19]. (原始 内容 存 档于2016-03-05). - ^
工 商 及科技 局 ,《立法 會 參考 資料 摘要 :推行數 碼地面 電 視 廣 播[失效 連結 ]》,頁 5,2006年 6月 4日 - ^ Advanced video coding for generic audiovisual services. ITU-T TELECOMMUNICATION STANDARDIZATION SECTOR OF ITU. : 324 [2018-03-05]. (
原始 内容 存 档于2017-09-14).Recommendation ITU-T H.264
外部 連結
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- H.264/AVC綜述
文章 ,包含 了 新 的 高 精度 拓 展 (Sullivan, Topiwala, and Luthra) (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆) 一 些有關 H.264/AVC的 文章 (Wiegand)(页面存 档备份,存 于互联网档案 馆)更 多 的 關 於H.264/AVC的 文章 (Marpe)(页面存 档备份,存 于互联网档案 馆)- H.264/AVC
參考 軟件(页面存 档备份,存 于互联网档案 馆) - H.264/MPEG-4 Part 10
教程 (Richardson)(页面存 档备份,存 于互联网档案 馆) - H.264 and MPEG-4 Video Compression (页面
存 档备份,存 于互联网档案 馆)(英文 )(Iain E. G. Richardson) - H.264/AVC
教科書 (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆)(日 語 )(大久保 榮 、角野 眞 也、菊池 義浩 、鈴木 輝彦 ) - JVT Experts Group
文 檔 - MPEG LA
關 於H.264/MPEG-4 AVC專 利 授權的 條 款 - VIA Licensing
關 於H.264/MPEG-4 AVC專 利 授權的 訊息 一 個 基 於GPL的 H.264編 碼庫,支持 大 部分 H.264的 功 能 (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆)- MPEG
工業 論壇 (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆) - ITU-T
官 方 網 頁 (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆) - H.264 ISO
官 方 網 頁 (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆) - W&W Communications H.264
概 述 和 IEEE文章 - 蘋果
公司 H.264素材 實例 - 61IC
工程 師 H.264討論 區 迎接 高 解析 的 未來 H.264與 VC-1兩 大 視 訊壓縮 技術 比較 (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆)