H.264/AVC視頻壓縮編碼標準的新進展

圖4 用于8×8空間亮度預測的樣本

　　8×8正變換和逆變換都可以通過快速蝶形算法實現，對于n比特的輸入視頻，只需要(8+n)比特的運算動態(tài)范圍。8×8變換蝶形算法的復雜度只略高于4×4變換。

　　新的變換同時要求相應的量化方法。FRExt在第一版的基礎上做了擴展，與MPEG-2一樣可以選擇量化矩陣進行量化，而量化矩陣可以提高圖像的主觀質量。同時，CABAC也做了改進，增加了3個內容模型，而CAVLC把8×8的系數分為4組4×4的系數。

表1 FRExt中的二維8×8變換矩陣

　　須要指出的是，編碼器可以對每一個宏塊選擇4×4或8×8變換，但變換尺寸的選擇過程受到兩種約束：(1)對于幀內預測，只有在采用8×8亮度塊的預測時，選擇8×8整數變換；(2)對于幀間預測，宏塊中包含一個或多個小于8×8的塊(4×8、8×4、4×4)，必須采用4×4整數變換。

高保真編碼

　　在高類中，H.264/AVC對FRExt定義了特別的編碼方案——支持無損編碼和多種顏色格式。

　　(1)無損編碼

　　為滿足視頻信號高保真的要求，H.264/AVC只在H444P類中引入了無損壓縮編碼方案。第一個是PCM方案，它沒有預測、變換和量化，直接傳送取樣點的值以達到無損編碼的目的；第二個是無變換的無損編碼方案，運用預測與熵編碼技術來表示圖像高效無損，相對于第一個方案提高了編碼效率。

　　(2)支持多種顏色格式

　　RGB與YCbCr相互之間的顏色轉換使用的都是浮點運算，這必將引入舍入誤差。為了消除在浮點運算中引入的舍入誤差，H.264/AVC在支持RGB的同時引入了新的彩色空間YCgCo：

　　Y=1/2(G+(R+B)/2), Cg=1/2(G-(R+B)/2),Co=(R-B)/2

　　上面的公式減小了色彩空間轉換的復雜度；但是，為了避免舍入誤差，要求增加額外的比特以保持精確性。為了把這個額外比特降到1b，使用下面的公式：

　　Co=R-B，Cg=G-(B+(Co>>1))，Y=(B+(Co>>1))+Cg>>1)

壓縮效率

　　從壓縮效率上講，H.264/AVC已經大大超過了以往的視頻壓縮標準，加入了FRExt之后，其在大尺寸、高保真等視頻壓縮方面更具優(yōu)勢。圖5示出H.264/AVC FRExt與MPEG-2在HDTV圖像主觀評價方面的一個比較，H.264/AVC在不同的碼率下壓縮，而MPEG-2的壓縮碼率是24Mb/s，由此圖可見8Mb/s的H.264/AVC FRExt與MPEG-2相當。

圖5 H.264/AVC FRExt 與MPEG-2的性能比較

　　由于引入了基于空域的幀內預測技術，并且經過FRExt的改善，H.264/AVC的I幀與JPEG2000的編碼效率相當，非常適合高質量的視頻壓縮應用。

小結

　　新一代視頻壓縮編碼標準H.264/AVC的新進展——FRExt，相對于第一版標準擴展了視頻源的采樣格式與比特深度，加入了一些提高編碼效率的工具。從而H.264/AVC進一步提高了編碼效率，擴大了應用范圍。

　　目前，高類已經代替主類而成為廣播和其他娛樂應用的首選。主要原因是，它比起先前的主類只增加了極小的算法復雜度，卻大大提高了壓縮性能且編碼器控制的靈活性。其中，H422P類可望在演播室環(huán)境中得以應用。在補充了FRExt之后，H.264/AVC被迅速推廣到各種應用中，主要包括：歐洲數字視頻廣播標準DVB；美國先進電視系統(tǒng)委員會ATSC；DVD論壇的HD-DVD規(guī)范；藍光光碟協會(BDA)的BD-ROM規(guī)范。