H.264/AVC視頻編解碼技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)
H.264/AVC挾著前輩MPEG-4 的余威，打著世界第一的旗號(hào)，在近幾年狂掃整個(gè)視頻編解碼界，廣泛被 3GPP、DVB、HD-DVD 與 藍(lán)光 DVD所接受。

H.264/AVC是ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG)與ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG)共同組成的Joint Video Team (JVT) 所制定的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

JVT制訂H.264/AVC視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)在發(fā)展一套高效能、具有網(wǎng)絡(luò)親和性 (network-friendly) 及具有抗誤性 (error resilience) 能力的視頻壓縮技術(shù)，并且大幅改進(jìn)壓縮率，使得相較于MPEG-2、H.263或MPEG-4 Advanced Simple Profile視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在相似的視頻壓縮質(zhì)量下可節(jié)省約50%以上的位率 (壓縮率比MPEG-2 高約2.25-2.5倍；比MPEG-4 ASP 高約 1.6-2倍) 。

H.264/AVC 不只相當(dāng)有效率，將超高質(zhì)量的視頻以較小的檔案儲(chǔ)存，它同時(shí)也具有相當(dāng)?shù)难诱剐裕軌蛑谱鞒龈魇接猛镜囊曨l影片，包括手機(jī)上使用的 3G 標(biāo)準(zhǔn)以及高分辨率（HD）視頻等等。H.264/AVC 可制作出相當(dāng)賞心悅目，50-160 Kbps 的 3G 手機(jī)影片， 800-1500 Kbps 的標(biāo)準(zhǔn)分辨率（SD）視頻影片，5-7 Mbps 的優(yōu)質(zhì) HD 視頻（1280x720），以及7-9 Mbps 的 full HD 視頻（1920x1080）。以今日以MPEG-2為主的SD DVD 為例，H.264/AVC 可以相對(duì)制作出 full HD 的視頻。

雖然H.264/AVC之壓縮效能遠(yuǎn)較于先前之視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)為高，但由于其具有相當(dāng)復(fù)雜之編碼技術(shù)及模式選擇，使得其運(yùn)算復(fù)雜度也遠(yuǎn)高于先前之壓縮標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)JVT會(huì)議文件之評(píng)估，H.264/AVC相較于MPEG-4 Part 2，其編碼器復(fù)雜度約為10倍以上，而譯碼器復(fù)雜度則為3倍以上。

如此高之復(fù)雜度將使得H.264/AVC難以使用在具有實(shí)時(shí)需求之應(yīng)用上。因此如何在不犧牲H.264/AVC之壓縮效能之前提下，降低其運(yùn)算復(fù)雜度使其適于實(shí)用化之程度，為目前相當(dāng)重要之研究方向。此外如何根據(jù)網(wǎng)絡(luò)視頻流應(yīng)用之特點(diǎn)，善加使用

H.264/AVC之各種編碼工具及找出最佳之編碼模式組合，以發(fā)揮其最大效能，也值得加以研究。

在業(yè)界動(dòng)態(tài)方面，蘋(píng)果計(jì)算機(jī)已將 H.264/AVC 直接整合在 QuickTime播放器中，同時(shí)也有數(shù)家公司提供H.264/AVC的芯片，預(yù)料不久，就可以看到內(nèi)建 H.264/AVC 的手機(jī)、 SET-TOP Box、DVD 播放機(jī)等設(shè)備了。

AVS視頻編解碼技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)
AVS標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介
世界各國(guó)對(duì)重要標(biāo)準(zhǔn)的選擇，都是基于本國(guó)或本地區(qū)產(chǎn)業(yè)利益的。對(duì)于數(shù)字音視頻，各國(guó)對(duì)信源編碼標(biāo)準(zhǔn)的選擇是有所不同的。我國(guó)在選擇數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，更應(yīng)該發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，選擇有利于產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展、有利于形成具有國(guó)際影響的音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，AVS正是這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)作為一個(gè)消費(fèi)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，完全應(yīng)該利用可以自主控制的技術(shù)形成自主信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。更重要的是，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)完成于1994年，近10年技術(shù)不斷進(jìn)步，MPEG-2技術(shù)已經(jīng)落后，新的編碼技術(shù)可以提高一倍或更高的壓縮效率。國(guó)際上在研究制定新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4AVC/H.264，我國(guó)的科研機(jī)構(gòu)積極參與了制定并做出了一定的貢獻(xiàn)。同時(shí)，組織制定我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的音視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)AVS。

AVS-視頻當(dāng)中具有特征性的核心技術(shù)包括：8x8整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。
AVS 的核心技術(shù)

1、變換量化：AVS的8x8變換與量化可以在16位處理器上無(wú)失配地實(shí)現(xiàn)，從而克服了MPEG-4 AVC/ H.264之前所有視頻壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中采用的8x8 DCT變換存在失配的固有問(wèn)題。而MPEG-4 AVC/ H.264所采用的4x4整數(shù)變換在高分辨率的視頻圖像上的去相關(guān)性能不及8x8的變換有效。AVS采用了64級(jí)量化，可以完全適應(yīng)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)對(duì)碼率和質(zhì)量的要求。在解決了16位實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題后，目前AVS所采用的8x8變換與量化方案，即適合于16位DSP或其他軟件方式的快速實(shí)現(xiàn)，也適合于ASIC的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。

2、幀內(nèi)預(yù)測(cè)：AVS的幀內(nèi)預(yù)測(cè)技術(shù)沿襲了MPEG-4 AVC/ H.264幀內(nèi)預(yù)測(cè)的思路，用相鄰塊的像素預(yù)測(cè)當(dāng)前塊，采用代表空間域紋理方向的多種預(yù)測(cè)模式。但AVS亮度和色度幀內(nèi)預(yù)測(cè)都是以8x8塊為單位的。亮度塊采用5種預(yù)測(cè)模式，色度塊采用4種預(yù)測(cè)模式，而這4種模式中又有3種和亮度塊的預(yù)測(cè)模式相同。在編碼質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯?，AVS采用較少的預(yù)測(cè)模式，使方案更加簡(jiǎn)潔、實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大為降低。

3、幀間預(yù)測(cè)：幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼是混合編碼技術(shù)框架中最重要的部分之一。AVS標(biāo)準(zhǔn)采用了16×16，16×8，8×16和8×8的塊模式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，而去除了MPEG-4 AVC/ H.264標(biāo)準(zhǔn)中的8×4，4×8，4×4的塊模式，目的是能更好地刻畫(huà)物體運(yùn)動(dòng)，提高運(yùn)動(dòng)搜索的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于高分辨率視頻，AVS選用的塊模式已經(jīng)能足夠精細(xì)地表達(dá)物體的運(yùn)動(dòng)。較少的塊模式，能降低運(yùn)動(dòng)矢量和塊模式傳輸?shù)拈_(kāi)銷，從而提高壓縮效率、降低編解碼實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

4、1/4精度像素插值：AVS和MPEG-4 AVC/ H.264都采用了1/4像素精度的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。MPEG-4 AVC/ H.264采用6抽頭濾波器進(jìn)行半像素插值并采用雙線性濾波器進(jìn)行1/4像素插值。而AVS采用了不同的4抽頭濾波器進(jìn)行半像素插值和1/4像素插值，在不降低性能的情況下減少插值所需要的參考像素點(diǎn)，減小了數(shù)據(jù)存取帶寬需求，這在高分辨率視頻壓縮應(yīng)用中是非常有意義的。

5、特殊的幀間預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：在傳統(tǒng)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-x系列與H.26x系列）中，雙向預(yù)測(cè)幀B幀都只有一個(gè)前向參考幀與一個(gè)后向參考幀，而前向預(yù)測(cè)幀P 幀則只有一個(gè)前向參考幀。而新近的MPEG-4 AVC/ H.264充分地利用圖片之間的時(shí)域相關(guān)性，允許P幀和B幀有多個(gè)參考幀，最多可以有31個(gè)參考幀。多幀參考技術(shù)在提高壓縮效率的同時(shí)也將極大地增加存儲(chǔ)空間與數(shù)據(jù)存取的開(kāi)銷。AVS中P幀可以利用至多2幀的前向參考幀，而B(niǎo)幀采用前后各一個(gè)參考幀，P幀與B幀（包括后向參考幀）的參考幀數(shù)相同，其參考幀存儲(chǔ)空間與數(shù)據(jù)存取的開(kāi)銷并不比傳統(tǒng)視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)大，而恰恰是充分利用了必須預(yù)留的資源。

AVS的B幀的雙向預(yù)測(cè)使用了直接模式(direct mode)、對(duì)稱模式(symmetric mode)和跳過(guò)模式(skip mode)。使用對(duì)稱模式時(shí)，碼流只需要傳送前向運(yùn)動(dòng)矢量，后向運(yùn)動(dòng)矢量可由前向運(yùn)動(dòng)矢量導(dǎo)出，從而節(jié)省后向運(yùn)動(dòng)矢量的編碼開(kāi)銷。對(duì)于直接模式，當(dāng)前塊的前、后向運(yùn)動(dòng)矢量都是由后向參考圖像相應(yīng)位置塊的運(yùn)動(dòng)矢量導(dǎo)出，無(wú)需傳輸運(yùn)動(dòng)矢量，因此也可以節(jié)省運(yùn)動(dòng)矢量的編碼開(kāi)銷。跳過(guò)模式的運(yùn)動(dòng)矢量的導(dǎo)出方法和直接模式的相同，跳過(guò)模式編碼的塊，其運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)臍埐钜簿鶠榱?，即該模式下宏塊只需要傳輸模式信號(hào)，而不需要傳輸運(yùn)動(dòng)矢量、補(bǔ)償殘差等附加信息。

6、熵編碼：AVS熵編碼采用自適應(yīng)變長(zhǎng)編碼技術(shù)。在AVS熵編碼過(guò)程中，所有的語(yǔ)法元素和殘差數(shù)據(jù)都是以指數(shù)哥倫布碼的形式映射成二進(jìn)制比特流。采用指數(shù)哥倫布碼的優(yōu)勢(shì)在于：一方面，它的硬件復(fù)雜度比較低，可以根據(jù)閉合公式解析碼字，無(wú)需查表；另一方面，它可以根據(jù)編碼元素的概率分布靈活地確定以k階指數(shù)哥倫布碼編碼，如果k選得恰當(dāng)，則編碼效率可以逼近信息熵。

對(duì)預(yù)測(cè)殘差的塊變換系數(shù)，經(jīng)掃描形成（level、run）對(duì)串，level、run不是獨(dú)立事件，而存在著很強(qiáng)的相關(guān)性，在AVS中l(wèi)evel、run采用二維聯(lián)合編碼，并根據(jù)當(dāng)前l(fā)evel、run的不同概率分布趨勢(shì)，自適應(yīng)改變指數(shù)哥倫布碼的階數(shù)。
AVS的標(biāo)準(zhǔn)名是中國(guó)數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

Nancy Codec視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
目前視頻領(lǐng)域所采用的壓縮技術(shù)大都是屬于類似 MPEG系列的技術(shù)。雖然MPEG-4或H.264/AVC已經(jīng)獲得較高的壓縮比，但想在2.5G甚至2G移動(dòng)通信網(wǎng)路上采用這種壓縮方式實(shí)現(xiàn)視頻傳送還是比較困難，所以在一般情況下，移動(dòng)通信的視頻服務(wù)主要是鎖定在3G普及后才會(huì)提供的服務(wù)。然而若能馬上在2G或2.5G網(wǎng)絡(luò)上提供視頻服務(wù)，將可為電信業(yè)者帶來(lái)巨大的利益，也將使移動(dòng)用戶享受更多更豐富的移動(dòng)服務(wù)。Nancy Codec技術(shù)正是為此目的而開(kāi)發(fā)。

Nancy Codec 主要是由日本 Office Noa公司所研發(fā)之成果，目前采用該技術(shù)的，除日本J-Phone與NTT DoCoMo外，還有中國(guó)移動(dòng)通信公司在內(nèi)的亞洲及歐美各大電信業(yè)者，則尚在測(cè)試或研究采用的階段。傳統(tǒng)的視頻壓縮，需要一個(gè)高速的 CPU或一個(gè)專用的處理芯片，不僅占空間，而且還會(huì)增加耗電量。相對(duì)來(lái)說(shuō)，像 Nancy Codec 這樣的軟件解決方案，則不必要有高速 CPU或?qū)Ｓ锰幚硇酒?，因此能夠解決移動(dòng)通訊市場(chǎng)對(duì)于具備視頻處理功能之移動(dòng)化設(shè)備的需求。

Nancy Codec 主要系利用 SMSP（Structure Meta Sale Polygon）的觀念所獨(dú)立開(kāi)發(fā)的技術(shù)，其原理是將行動(dòng)影像分割成許多不同形狀和尺寸的模型，然后進(jìn)行壓縮，因采用全新的簡(jiǎn)易四則運(yùn)算法則，不需要進(jìn)行移動(dòng)偵測(cè)(Motion Estimation)與離散余弦轉(zhuǎn)換(DCT) ，所以運(yùn)算量小、傳輸速率快。

Nancy Codec是具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的一種壓縮技術(shù)，因?yàn)镹ancy Codec是以軟件實(shí)現(xiàn)視頻壓縮，所以硬件處理能力只需MPEG4的10％，而運(yùn)算速度又比MPEG4快1倍，壓縮率又為MPEG4的十分之一，因此利用現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)路即可傳送視頻。目前已有多家公司推出支持 Nancy Codec的DSP芯片，包括德州儀器、愛(ài)普生等。另外背后還有眾多電信業(yè)者的支持，包括日本 J-phone和中國(guó)移動(dòng)等。然而雖然Nancy Codec在發(fā)展應(yīng)用方面確實(shí)具有優(yōu)勢(shì)，但它也存在一些問(wèn)題：由于日本OFFICE NOA公司獨(dú)家擁有這項(xiàng)技術(shù)，因此在技術(shù)上不可能很開(kāi)放，所以并不利于該技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，另一方面，有可能因?yàn)楦鞣嚼鏇_突而造成推廣應(yīng)用上的困難。

AAC+視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
由于APPLE iPod的帶動(dòng)風(fēng)潮，MP3與MPEG-4 AAC（Advanced Audio Coding）已成為數(shù)字音樂(lè)界的天王巨星。這幾年MPEG組織又再接再厲，完成了 MPEG-4 High-Efficiency AAC ， 也就是俗稱的AAC+的最終規(guī)格。AAC+大約相當(dāng)于AAC兩倍的壓縮率，還能夠保證高音質(zhì)呈現(xiàn)。 在AAC +中主要組合了MPEG-4 AAC以及由Coding Technologies所開(kāi)發(fā)的SBR （Spectral Band Replication）技術(shù)。SBR擴(kuò)大了播放頻寬，能夠以AAC一半的壓縮率重現(xiàn)同等音質(zhì)。例如使用AAC+只要128Kbps就能有5.1多聲道音質(zhì)；只要48Kbps就能有相當(dāng)于CD的音質(zhì)；只要32Kbps就能有立體聲音質(zhì)。另外SBR技術(shù)可以與多種壓縮技術(shù)組合 ，例如SBR技術(shù)與MP3組合就形成了所謂的MP3 Pro技術(shù) 。在英國(guó)，Siemens推出搭配無(wú)線音樂(lè)下載服務(wù)的音樂(lè)播放器，稱為DRM Music Player，已支持AAC +作為下載的音樂(lè)格式，同時(shí)隨機(jī)附送了64MB SD 記憶卡，若以 AAC + 作為音樂(lè)格式，最多可儲(chǔ)存約 64首歌曲。