H.263和H.264比較

一  概述

會議電視公認的圖像編碼標準協議是H系列,即ITU-T H.261、H.263和H.264協議。

1995年之前,會議電視系統圖像都採用H261編碼協議。

1995年,ITU-T針對低比特率視頻應用制定了H.263標準,當時H263被公認爲是以像素爲基礎的採用第一代編碼技術混合編碼方案所能達到的最佳結果。儘管採用H263編碼技術較H261編碼在壓縮率和圖像質量上都有大幅度的提升,但H.263信源編碼算法的核心仍然是H.261標準中採用的DPCM/DCT混和編碼算法,原理框圖也和H.261十分相似。

2001年12月,ITU-T和ISO兩個國際標準化組織的有關視頻編碼的專家聯合組成視頻聯合工作組(JVT,Joint Video Team),負責制定一個新的視頻編碼標準,以實現視頻的高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等目標。隨後JVT制定出的視頻編碼標準被ITU-T 定義爲H.264;該標準也被ISO定義爲14496-10(MPEG-4 第10部分)高級視頻編碼(AVC,Advanced Video Coding)標準。

H.264相對以前的編碼方法,在圖像內容預測方面提高了編碼效率,採用可變塊大小運動補償、1/4採樣精度運動補償、加權預測等算法,改善了圖像質量,增加了糾錯功能和各種網絡環境傳輸的適應性。測試結果表明,在中低帶寬情況下,H.264具有比H.263++更優秀的PSNR性能:H.264的PSNR比H.263++平均要高3dB。所以目前業界主流視頻會議系統廠家都推出了基於H.264的視訊產品。

H264編碼技術使運動圖像壓縮技術上升到了一個更高的階段,在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸是H.264的應用亮點。H.264的推廣應用對視頻終端、網關、MCU等系統的要求較高,目前只有真正有實力的廠家纔有能力提供全線的產品。

    H263協議還是H264對比分析

H.264編碼標準正在被其它行業認同,H264有可能成爲廣播、通信和存儲媒體(CD、DVD)的統一的標準,即成爲未來寬帶交互新媒體的統一標準。

H.263 定義的碼流結構是分級結構,共四層。自上而下分別爲:圖像層(picturelayer)、塊組層(GOB  layer)、宏塊層(macroblock  layer)和塊層(block  layer)。而與H.263 相比,H.264的碼流結構和H.263 的有很大的區別,它採用的不再是嚴格的分級結構。

H.264 支持4:2:0 的連續或隔行視頻的編碼和解碼。H.264 壓縮與H.263、MPEG-4 相比,視頻壓縮比提高了一倍。 H.264 的功能分爲兩層:視頻編碼層(VCL, Video Coding Layer)和網絡提取層(NAL,

Network Abstraction Layer)。VCL 數據即編碼處理的輸出,它表示被壓縮編碼後的視頻數據序列。在VCL 數據傳輸或存儲之前,這些編碼的VCL 數據,先被映射或封裝進NAL 單元中。每個NAL 單元包括一個原始字節序列負荷(RBSP, Raw Byte Sequence Payload)、一組對應於視頻編碼的 NAL 頭信息。RBSP 的基本結構是:在原始編碼數據的後面填加了結尾比特。一個bit“1”若干比特“0”,以便字節對齊。

 

從視頻標準的發展來看,H.264作爲國際兩大標準組織確定的共同標準,全面覆蓋了視頻通信、廣播、存儲等各方面的應用,採用H264的視頻標準協議的會議電視系統是是合理的選擇。採用H264編碼協議的優勢:

不同大小和形狀的宏塊分割:H.264支持7種模式。提高了性能,減少了方塊效應,提高了圖像的質量。

高精度的亞像素運動補償:運動估計後的殘差小。

多幀預測:在幀間編碼時,可選5個不同的參考幀,提供了更好的糾錯性能,這樣更可以改善視頻圖像質量。

去塊濾波器:H.264定義了自適應去除塊效應的濾波器,這可以處理預測環路中的水平和垂直塊邊緣,大大減少了方塊效應。

4×4塊的整數變換:由於用二變換塊的尺寸縮小,運動物體的劃分更精確,這樣,不但變換計算量比較小,而且在運動物體邊緣處的銜接誤疾差也大爲減小;

先進的量化方法:與H.263等的固定常數量化步長不同,H.264步長是以12.5%的複合率遞進的,並對色度係數採用了較小量化步長。這些措施提高了碼率控制的能力,並加強了彩色的逼真性。

三 總結

可以看出,在圖像編解碼效率上,H.264算法最爲領先,MPEG-4和H.263算法基本相同,MPEG-2算法效率最低,但是當圖像質量要求達到了一定的程度時,對帶寬的要求趨向歸一化,即在高帶寬(6M和以上)時,各種編碼算法提供的圖像質量逐步趨同。

同時由於H.264編解碼對CPU處理能力的需求大幅度增加(相同帶寬下,H.264編解碼對CPU的佔用率是H.263編解碼的6倍以上)。

業界公認的高清會議電視系統的判斷標準爲:活動圖像爲704×576分辨率(4CIF),每秒25幀以上幀率,考慮到上面的因素,目前比較通用的做法是低帶寬下(2M以下)採用H.264編碼,高帶寬下采用H.263編碼格式,這樣的搭配可以達到較好的圖像效果。

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