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A JVT (Joint Video Team) foi fundada em Pattaya, Tailândia, em dezembro de 2001. É composta por especialistas em codificação de vídeo de duas organizações internacionais de padronização, ITU-T e ISO. O objetivo da JVT é formular um novo padrão de codificação de vídeo para atingir os objetivos de alta taxa de compressão de vídeo, alta qualidade de imagem e boa adaptabilidade de rede. Atualmente, o trabalho da JVT foi aceito pelo ITU-T. O novo padrão de codificação de compressão de vídeo é denominado padrão H.264. Este padrão também é aceito pela ISO, denominado padrão AVC (Advanced Video Coding), que é a parte 10 do MPEG-4.
O padrão H.264 pode ser dividido em três classes:
nível básico (sua versão simples, ampla aplicação);
Graus principais (são adotadas diversas medidas técnicas para melhorar a qualidade da imagem e aumentar a taxa de compressão, que podem ser utilizadas para SDTV, HDTV, DVD, etc.);
Grau estendido (pode ser usado para streaming de vídeo em várias redes).
O H.264 não apenas economiza 50% da taxa de código do que o H.263 e o MPEG-4, mas também tem um suporte melhor para transmissão de rede. Ele apresenta um mecanismo de codificação para pacotes IP, que é propício à transmissão de pacotes na rede e oferece suporte ao streaming de vídeo na rede. O H.264 tem fortes características anti-erro e pode se adaptar à transmissão de vídeo em canais sem fio com altas taxas de perda de pacotes e interferência severa. O H.264 oferece suporte à transmissão de codificação hierárquica em diferentes recursos de rede para obter uma qualidade de imagem estável. O H.264 pode ser adaptado para transmissão de vídeo em diferentes redes e tem boa afinidade de rede.
Um, sistema de compressão de vídeo H.264
O sistema de compressão padrão H.264 é composto de duas partes: Video Coding Layer (VCL) e Network Abstraction Layer (NAL). VCL inclui codificador VCL e decodificador VCL, a função principal é a codificação e decodificação de compressão de dados de vídeo, que inclui unidades de compressão como compensação de movimento, codificação de transformação e codificação de entropia. O NAL é usado para fornecer à VCL uma interface unificada que não tem nada a ver com a rede. Ele é responsável por encapsular e empacotar dados de vídeo e transmiti-los na rede. Ele usa um formato de dados unificado, incluindo um único byte de informações de cabeçalho e vários bytes. Dados e enquadramento de vídeo, sinalização de canal lógico, informações de tempo, sinal de fim de sequência, etc. O cabeçalho do pacote contém sinalizadores de armazenamento e sinalizadores de tipo. O sinalizador de armazenamento é usado para indicar que os dados atuais não pertencem ao quadro que está sendo referenciado. O sinalizador de tipo é usado para indicar o tipo de dados da imagem.
O VCL pode transmitir parâmetros de codificação ajustados de acordo com as condições atuais da rede.
2. Recursos do H.264
O H.264, como o H.261 e o H.263, também adota a codificação diferencial da codificação da transformação DCT mais DPCM, ou seja, uma estrutura de codificação híbrida. Ao mesmo tempo, o H.264 apresenta novos métodos de codificação sob a estrutura da codificação híbrida, o que melhora a eficiência da codificação e está mais perto de aplicações práticas.
O H.264 não tem opções complicadas, mas se esforça para "retornar ao básico" de forma concisa. Ele tem melhor desempenho de compressão do que H.263 ++ e tem a capacidade de se adaptar a vários canais.
O H.264 tem uma ampla gama de objetivos de aplicativo, que pode atender a vários aplicativos de vídeo de diferentes velocidades e ocasiões, e tem melhores recursos de processamento contra erros e perda de pacotes.
O sistema básico do H.264 não precisa usar copyright, tem uma natureza aberta e pode se adaptar bem ao uso de redes IP e sem fio. Isso é de grande importância para a transmissão atual de informações multimídia pela Internet e para a transmissão de informações de banda larga pela rede móvel.
Embora a estrutura básica da codificação H.264 seja semelhante a H.261 e H.263, ela foi aprimorada em muitos aspectos, conforme listado abaixo.
1. Múltipla melhor estimativa de movimento
Estimativa de alta precisão
usa estimativa de meio pixel em H.263, e ainda usa estimativa de movimento de 1/4 pixel ou mesmo 1/8 pixel em H.264. Ou seja, o deslocamento do vetor de movimento real pode ser baseado em 1/4 ou mesmo 1/8 pixel como unidade básica. Obviamente, quanto maior a precisão do deslocamento do vetor de movimento, menor será o erro residual entre os quadros, menor será a taxa de código de transmissão, ou seja, maior será a taxa de compressão.
No H.264, um filtro FIR de sexta ordem é usado para obter o valor da posição de 1/2 pixel. Quando o valor de 1/2 pixel é obtido, o valor de 1/4 pixel pode ser obtido por interpolação linear,
Para o formato de vídeo 4: 1: 1, a precisão de 1/4 pixel do sinal de luminância corresponde ao vetor de movimento de 1/8 pixel da parte de crominância, então a operação de interpolação de 1/8 pixel é necessária para o sinal de crominância.
Teoricamente, se a precisão da compensação de movimento for dobrada (por exemplo, de precisão de pixel inteiro para precisão de 1/2 pixel), pode haver um ganho de codificação de 0.5 bits / Amostra, mas a verificação real descobriu que a precisão do vetor de movimento excede 1/8 pixel Depois disso, o sistema basicamente não tem ganhos óbvios. Portanto, no H.264, apenas o modo de vetor de movimento com precisão de 1/4 pixel é usado em vez de precisão de 1/8 pixel.
Estimativa do modo de partição multi-macrobloco
No modo de previsão H.264, um bloco de macro (MB) pode ser dividido em 7 tamanhos de modo diferentes. Esta divisão de macro bloco flexível e sutil de modo múltiplo é mais adequada para a forma do objeto em movimento real na imagem, portanto, pode haver 1, 2, 4, 8 ou 16 vetores de movimento em cada macro bloco.
Estimativa de quadro multiparâmetro
Em H.264, a estimativa de movimento de quadros de parâmetros múltiplos pode ser usada, ou seja, existem quadros de parâmetros múltiplos que acabaram de ser codificados no buffer do codificador, e o codificador seleciona um deles para dar um melhor efeito de codificação como um Parâmetro Frame, e indicar qual frame é usado para predição, para que você possa obter um efeito de codificação melhor do que apenas usar o último frame codificado como frame de previsão.
2. Transformação de inteiro de tamanho pequeno 4 para 4
A unidade usual usada na codificação de compressão de vídeo é de 8 a 8 blocos. No H.264, entretanto, são usados blocos de 4 a 4 de tamanho pequeno. Conforme o tamanho do bloco de transformação fica menor, a divisão dos objetos em movimento é mais precisa. Nesse caso, a quantidade de cálculo no processo de transformação da imagem é pequena e o erro de convergência na borda do objeto em movimento também é bastante reduzido.
Quando há uma grande área lisa na imagem, a fim de evitar a diferença de tons de cinza entre os blocos causada pela transformação de tamanho pequeno, o H.264 pode executar os coeficientes DCT de 16 4 ~ 4 blocos dos dados de brilho do macrobloco intra-quadro. Para a segunda transformação de 4 para 4 blocos, os 4 coeficientes DC de 4 para 4 blocos dos dados de crominância (um para cada bloco pequeno, um total de 4 coeficientes DC) são transformados em 2 a 2 blocos.
H.263 não apenas reduz o tamanho do bloco de transformação de imagem, mas essa transformação é uma operação de número inteiro, não uma operação de número real, ou seja, a precisão da transformação e transformação inversa do codificador e do decodificador é a mesma, e não há "erro de transformação inversa".
3. Predição intra mais precisa
No H.264, cada pixel em cada bloco 4 ~ 4 pode ser usado para predição intra-quadro com a soma ponderada diferente de 17 mais próximo dos pixels codificados anteriormente.
4. VLC unificado
Existem dois métodos para codificação de entropia em H.264.
VLC unificado (UVLC: VLC universal). O UVLC usa a mesma tabela de códigos para codificação e o decodificador pode identificar facilmente o prefixo da palavra de código, e o UVLC pode ressincronizar rapidamente quando ocorre um erro de bit.
Conteúdo Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC: Context Adaptive Binary Arithmetic Coding). Seu desempenho de codificação é ligeiramente melhor do que UVLC, mas a complexidade é maior.
Três, vantagem de desempenho
A comparação de desempenho de codificação H.264 e MPEG-4, H.263 ++ usa as seguintes 6 taxas de teste: 32kbit / s, 10F / se QCIF; 64 kbit / s, 15F / s e QCIF; 128 kbit / s, 15F / se CIF; 256kbit / s, 15F / se QCIF; 512kbit / s, 30F / s e CIF; 1024 kbit / s, 30F / s e CIF. Os resultados do teste indicam que H.264 tem melhor desempenho PSNR do que MPEG e H.263 ++.
O PSNR de H.264 é 2dB maior do que MPEG-4 em média e 3 dB maior do que H.263 ++ em média.
Quatro, novo algoritmo de estimativa de movimento rápido
O novo algoritmo de estimativa de movimento rápido UMHexagonS (patente chinesa) é um novo algoritmo que pode salvar mais de 90% do algoritmo de pesquisa rápida completo original em H.264. O nome completo é "busca assimétrica cruzada multi-nível de seis lados e muti-hexágono", que é um algoritmo de estimativa de movimento de pixel inteiro. Porque está na condição de manter um melhor desempenho de taxa de distorção ao codificar alta taxa de bits e grandes sequências de imagens em movimento. A complexidade computacional é muito baixa e foi oficialmente adotada pelo padrão H.264.
O H.264 (MPEG-4 Parte 10) desenvolvido em conjunto pela ITU e a ISO pode ser aceito por mídia de transmissão, comunicação e armazenamento (CD DVD) como um padrão unificado e provavelmente se tornará um novo padrão de mídia interativa de banda larga. O padrão de código-fonte do meu país ainda não foi formulado. Preste muita atenção ao desenvolvimento do H.264, e o trabalho de formulação do padrão de código-fonte do meu país está se intensificando.
O padrão H264 leva a tecnologia de compactação de imagem em movimento a um estágio superior e é o destaque da aplicação do H.264 para fornecer transmissão de imagem de alta qualidade em uma largura de banda menor. A popularização e aplicação do H.264 impõe altos requisitos em terminais de vídeo, gatekeepers, gateways, MCUs e outros sistemas, o que irá efetivamente promover a melhoria contínua do software de videoconferência e equipamentos de hardware em todos os aspectos.
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