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视频编码标准的发展：从H.261到H.264( 三 )

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H.264基本部分的帧内猜测包括9种4×4亮度块的猜测、4种16×16亮度块的猜测和4种色度块的猜测 。
运动估计
H.264的运动估计具有3个新的特点：1/4象素精度的运动估计；7种大小不同的块进行匹配；前向与后向多参考帧 。
H.264在帧间编码中，一个宏块(16×16)可以被分为16×8、8×16、8×8的块，而8×8的块被称为子宏块，又可以分为8×4、4×8、4×4的块 。总体而言，共有7种大小不同的块做运动估计，以找出最匹配的类型 。与以往标准的P帧、B帧不同，H.264采用了前向与后向多个参考帧的猜测 。半象素精度的运动估计比整象素运动估计有效地提高了压缩比，而1/4象素精度的运动估计可带来更好的压缩效果 。
编码器中运用多种大小不同的块进行运动估计，可节省15%以上的比特率(相对于16×16的块) 。运用1/4象素精度的运动估计，可以节省20%的码率(相对于整象素猜测) 。多参考帧猜测方面，假设为5个参考帧猜测，相对于一个参考帧，可降低5%～10%的码率 。以上百分比都是统计数据，不同视频因其细节特征与运动情况而有所差异 。
熵编码
H.264标准采用的熵编码有两种：一种是基于内容的自适应变长编码(CAVLC)与统一的变长编码(UVLC)结合；另一种是基于内容的自适应二进制算术编码(CABAC) 。CAVLC与CABAC根据相临块的情况进行当前块的编码，以达到更好的编码效率 。CABAC比CAVLC压缩效率高，但要复杂一些 。
去块效应滤波器
H.264标准引入了去块效应滤波器，对块的边界进行滤波，滤波强度与块的编码模式、运动矢量及块的系数有关 。去块效应滤波器在提高压缩效率的同时，改善了图像的主观效果 。
其他视频编码标准
除上述ITU-T的视频压缩标准外，还有一些标准也比较流行，如MPEG-4、AVS、WM9 。
H.264也称为MPEG-4 AVC，而目前业内所说的MPEG-4一般是指SP(简级)或ASP(先进的简级)，主要针对低码率应用，如因特网上的流媒体、无线网的视频传输及视频存储等，其核心类似于H.263 。
MPEG-4 SP和H.263有很多相似的地方，如附表所示 。然而，这两个标准之间也有显著的不同，主要表现在：码流结构和头信息、熵编码的部分码表、编码技术的一些细节 。MPEG-4 ASP较SP增加了一些技术，主要有：1/4象素精度的运动估计、B帧、全局运动矢量(GMV)，因而压缩效率得以提高 。

AVS是由我国自主制定的音/视频编码技术标准，主要面向高清楚度电视、高密度光存储媒体等应用 。AVS标准以当前国际上最先进的MPEG-4 AVC/H.264框架为基础，强调自主知识产权，同时充分考虑了实现的复杂度 。相对于H.264，AVS的主要特点有：(1)8×8的整数变换与64级量化；(2)亮度和色度帧内猜测都是以8×8块为单位，亮度块采用5种猜测模式，色度块采用4种猜测模式；(3)采用16×16、16×8、8×16和8×8 4种块模式进行运动补偿；(4)在1/4象素运动估计方面，采用不同的四抽头滤波器进行半象素插值和1/4象素插值；(5)P帧可以利用最多2帧的前向参考帧，而B帧采用前后各一个参考帧 。
Window Meida 9(WM9)是微软公司开发的新一代数字媒体技术 。一些测试表明，WM9的视频压缩效率比MPEG-2、MPEG-4 SP及H.263高很多，而与H.264的压缩效率相当 。
结束语
目前，H.261与H.263在视频通信中广泛应用，成熟的产品已经很多 。H.263与H.261相比，增加了若干选项，提供了更灵活的编码方式，压缩效率大大提高，更适应网络传输 。H.264标准的推出，是视频编码标准的一次重要进步，它与现有的MPEG-2、MPEG-4 SP及H.263相比，具有明显的优越性，非凡是在编码效率上的提高，使之能用于许多新的领域 。尽管H.264的算法复杂度是现有编码压缩标准的4倍以上，随着集成电路技术的快速发展，H.264的应用将成为现实 。（本文作者郭晓强先生，北京邮电大学博士生；门爱东先生，电信学院多媒体通信中心教授、博士生导师）

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