h_264-avc技术进展及其务实发展策略思考[mpegts论坛]交流dvbatscdmb数字电视前端机顶盒电视机软件硬件产品设计生产测试技术.htm

关于h.264的一些论文

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<DIV style="FLOAT: right">第 <FONT color=red>3</FONT> 楼</DIV>&nbsp;<A 
href="mailto:[e-mail]"><IMG alt=点击这里发送电子邮件给bushzhang 
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style="PADDING-RIGHT: 0px; MARGIN-TOP: 10px; FONT-SIZE: 9pt; OVERFLOW-X: hidden; WIDTH: 97%; WORD-BREAK: break-all; TEXT-INDENT: 24px; LINE-HEIGHT: normal; HEIGHT: 200px; WORD-WRAP: break-word" 
onload="this.style.overflowX='auto';"><FONT color=#666666>1.2.3 
4×4块的整数变换<BR><BR>　　H.264/AVC中的DCT变换与H.263中的情况不同,它采用的变换单位不是8×8块,而是4×4块,且变换是整数操作,而不是实数操作?其优点为:运算速度快?精度高并占用较少内存?整数操作,编译码有严格的反变换,避免了截取误差,减少了运动边缘块的编码噪声?同时,4×4变换比8×8变换产生的方块效应亦要小?<BR><BR>　　为进一步利用图像的空间相关性,在对色度分量预测残差及16×16帧内预测的预测残差进行DCT变换后,还对每个4×4变换系数块中的DC系数组成的2×2和4×4大小的块进一步做哈达玛(Hadamard)变换,以更好改善性能?<BR><BR>1.2.4 
动目标估值(ME)算法的改进<BR><BR>　　a) 
搜索精度增强:首先,进一步增强了动目标估值的搜索精度,在半像素预测后的生成矩阵基础上,内插一次扩展至1/4像素精度矢量,在1/4像素基础上再内插一次,获得1/8像素更高精度的运动矢量?<BR><BR>　　b) 
宏块(MB)更精细与多样化分解:对每一个MB,进行更精细与多样化分解,此时MB拥有和此类小块数相对应的运动矢量?这种多模式的灵活细致的分块划分,更切合实际动目标形状,大大提高了动目标估值精度?<BR><BR>　　c) 
多参考帧模式预测:采取多参考帧模式,进行多于一帧的先前帧(最多5帧)动目标估值?此时对某个MB进行动目标估值时,会从过去的2个或3个刚编码过的参考帧中选一帧作参考,以改善动目标估值性能,提高译码器的误码恢复能力,取得更好的预测效果?<BR><BR>　　d) 
变尺寸块运动补偿(MC):例如平坦区可取16×16尺寸块,而细节区可采用8×8甚至4×4等更精细尺寸块,此时MC预测精度更高?灵活性更好,更符合视频内容不断变化的实际情况?<BR><BR>　　e) 
加权预测:H.264/AVC还允许对MC预测信号进行加权预测,可较大幅度改善无线信道衰落之类信道变化时的编码效率?<BR><BR>　　f) 
MC时的环路去方块滤波:H.264/AVC把去方块滤波引入MC预测环路中,既可去除方块效应,又能保护图像细节边缘,同时亦改善了图像的主?客观评定质量?而且经过滤波后的图像根据需要放在缓存中用于帧间预测,此滤波器位于译码环中而非译码环外,从而又称环路滤波?<BR><BR>1.2.5 
帧内方向空间预测<BR><BR>　　由于单个图像帧内有较高空间冗余度,在空间域上进行帧内方向空间预测可获得更高压缩效率?对亮度预测通常取INTRA-4×4及INTRA-16×16两种方式,对图像中较平坦部分采用INTRA-16×16方式,对细化图像部分用INTRA-4×4块预测?预测前,应对当前块相邻的左?上重构块进行分类,根据不同分类,选择不同预测模式?INTRA-4×4共有9种预测模式,INTRA-16×16共有4种预测模式,对色度预测按INTRA-8×8块进行,亦共有4种预测模式?从而,精细的帧内方向空间预测可有效提高预测质量?<BR><BR>　　这样,H.264/AVC的精细数字压缩编码技术取得了优良的压缩效率?测试结果表明:它比H.263++的平均编码比特率要少48.80%,比MPEG-4 
ASP要少38.62%,相对H.263约提高了一倍压缩效率,很具吸引力?<BR><BR>1.3 
对网络?信道变化的自适应性及高抗干扰能力与顽健性<BR><BR>　　为适应IP及移动环境的QoS需要,获得信道性能的高抗干扰能力与顽健性,视频编译码器要附加更多苛刻的应用要求,诸如高压缩效率?低功耗?重量轻?较少内存及低复杂度,对误码?丢包有较强抗干扰能力与顽健性,支持适应时变环境的快速码速调整能力,设置不用优先级进行适应性处理及有效地适配指定网络机制等?<BR><BR>1.3.1 
NAL的分层结构分层处理<BR><BR>　　如上所述,NAL层的引入可大大提高H.264/AVC对网络?信道的适应能力?例如在3G移动通信的IP包分组传送场合,NAL单元即可经顽健头前置压缩(ROHC)封装于PPP成帧包中,尔后形成无线链路层业务数据单元,再在物理层中加上CRC校验单元传输,获得抗误码性能的有效增强?<BR><BR>1.3.2 
序列参数集设计<BR><BR>　　由于序列和图像头信息之类关键信息比特的丢失会造成译码时的严重后果,对此H.264/AVC的序列参数集设计可提供此头信息的有效与顽健传输?它将这些关键信息分离出来进行传输,使之处在特定的灵活可靠的环境中?此序列参数集用于一连串编码视频序列中,图像参数集供一个编码序列中一个或多个图像译码用,它们包括图像类型?序列号等?译码时某些序列号的丢失可用于检测信息包的丢失与否,以及时采取弥补措施,增强抗干扰能力与顽健性?<BR><BR>1.3.3 
有效可靠的同步处理<BR><BR>　　同步对控制传输质量至关重要,H.264/AVC设置了一系列有效可靠的同步处理措施?H.264/AVC中的时间同步可通过采用帧内图像刷新来完成,空间同步由条结构编码来支持?同时,为便于误码以后的再同步,在一幅图像的视频数据中还提供了一定的再同步点?<BR><BR>1.3.4 
纠错及环路时延控制<BR><BR>　　H.264/AVC中的误码跟踪?FEC及一种短时延本地重发纠错ARQ技术相组合,可应用于无线视频传输,以确保较好的抗干扰能力?同时,在基站设置一种视频代理服务器,亦可大大减少环路时延,并可准确发现并纠正误码?<BR><BR>1.3.5 
数据分割模式的误码等级保护<BR><BR>　　H.264/AVC中定义了数据分割模式,即对图像首先进行分段,段内宏块数据划分为宏块头信息?运动矢量及DCT系数三部分,三部分之间尚有标识符分隔?这样,译码器可较方便地检出受损数据类型,减少误码对图像质量的损害?同时,这种数据分割模式亦有利于信道编码时进行不等权保护,即对重要数据进行等级较高的保护等?<BR><BR>1.3.6 
片结构及灵活片宏块顺序安排改善误码性能<BR><BR>　　如上所述,借助片结构及灵活片宏块顺序(FMO)安排可改善误码性能,片译码的独立性可明显减少误码扩散,而且FMO的使用易于实现误码掩盖?<BR><BR>1.3.7 
自适应码率控制及SI?SP流切换<BR><BR>　　码率的自适应快速控制可通过宏块层改变量化精度来实现?涉及分级及流切换问题,移动通信中常用空间/时间分级支持其较大范围自适应比特速率变化?MPEG-4中采用精细度可伸缩(FGS)实施分级编码,而H.263中定义了时间域?空间域及信噪比(SNR)三种分级能力,但这些方法分级实施视频流传输效率均较低?目前较多采用流切换技术,周期性刷新内(INTRA)帧即为一例?H.264/AVC的码率控制(RC)主要有JVT-F086及JVT-G012提出的两种方案,通常认为后者算法较优?JVT-G012通过引入基本单元及线性模型的概念,提出一种自适应基本单元层码率控制算法?此基本单元可能是一帧?一片或一个宏块?线性模型预测当前基本单元的平均残差绝对值(MAD)是通过前一帧相应位置的基本单元而获得?同时H.264/AVC如上所述,可允许某些译码器的译码处理与其他译码器产生的视频流精确同步而不产生图像切换损失,从而可在不同数据速率的视频流内容间切换译码器,实现数据丢失或误码恢复,及使用快速前向?快速后向等特技?而SI?SP帧即可用于流切换?流拼接?随机接入?错误恢复等,以提高其抗干扰能力及顽健性,亦可避免频繁刷新INTRA帧带来的效率下降?</FONT><BR></DIV></DIV></DIV>
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17:30:36</DIV>
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onload="this.style.overflowX='auto';"><FONT color=#666666>2 
H.264/AVC务实发展策略思考<BR><BR>　　H.264/AVC比H.263可节省一倍带宽而维持同等视频图像质量,还具有3 
dB等效信噪比改进,因而确有其巨大魅力,首先可迅速折服那些苦于专线带宽昂贵的视频业务用户,甚至对未来高质量移动通信手机多媒体视频业务的开展亦很有吸引力?大大小小的芯片开发制造商亦在积极部署,期望捷足先登,从中获得丰厚回报?在国内市场方面,鼎视通?中兴?中太?科达?TANDBERG等视讯厂商都已经或即将推出支持H.264/AVC标准的视讯产品?从而,面对H.264/AVC产品需求的紧迫性?成熟性及实用性判断,理性思考及务实处理H.264/AVC的发展策略已成为当务之急?在此,提出下述一些策略考虑可能是有益的?<BR><BR>2.1 
复杂度与适时切入决策问题 
<BR><BR>　　确实,H.264/AVC可节省一倍带宽有其巨大吸引力,但这是以增加复杂性为代价的,特别是其动目标估值补偿改进方面最为明显?据估计,H.264/AVC的编码计算复杂度约为H.263的三倍,其译码复杂度亦大约为H.263的两倍?因此,一定时期内及一定应用对象与应用场合,特别是对移动通信手机之类应用,其高复杂度往往成为实际市场应用的瓶颈?当然,随着芯片技术的进展,这一问题会逐步得到解决,因此,适时切入的决策便非常重要?<BR><BR>2.2 
设计初衷与应用可操作性的理性思考<BR><BR>　　实际上H.264/AVC的设计初衷是期望在低带宽与速率情况下获得更良好的图像质量,一些实际测试亦已表明,H.264/AVC在高码率情况下运作,其图像质量和H.263相比并无明显改进?由此选用H.264/AVC的决策,其网络带宽状况是用户必须考虑的重要因素?例如,若视频会议运行在专网上,其带宽可保证为1M或更高,大可不必在现有这种昂贵复杂的H.264/AVC身上花费更多投入?另一方面,亦要看到计算复杂度的明显增加亦可能局限其实际应用?例如,一些视频产品在H.263下可支持至2 
Mbit/s速率,但是在H.264/AVC情况下只能支持到512 
kbit/s速率?因此,应按照不同的实际市场定位及技术演进,妥善?合理处理MPEG-2?MPEG-4?H.263/H.263+ 
及H.264/AVC等的各自应用及其前后向兼容过渡?<BR><BR>2.3 
互联互通的互操作性不可忽略<BR><BR>　　亦应正视,H.264/AVC标准仅推出二年左右,其产品成熟性与互操作性是需要质疑的?目前,尽管许多视频终端厂商都宣称支持H.264/AVC的基本档次,但实际上H.264/AVC的编译码复杂度对这些终端厂商的视频处理能力提出了严峻的挑战?要么是其现有平台实质根本无法支持H.264/AVC编译码处理,或者无法支持其该有的高码速运行?而且各家对此标准的实现方法亦不尽相同,这些均影响其互联互通,必须抓紧解决?否则用户反应冷淡是不无理由的?<BR><BR>2.4 
自主知识产权努力与国际标准化问题<BR><BR>　　这是一个甚为关键?敏感与极其要紧的问题?目前全世界约1.6万项国际标准中,约99.8%是由国外(主要是美国)机构所制定,中国参与制定的不足千分之二,这与中国这一大国的地位极不相称?与此相应,国际标准必须由相应核心专利与知识产权作有效支撑,包括实施此标准的核心技术芯片的有效支撑?目前跨国公司日益密集的国际标准核心“专利与芯片陷阱”,已成为阻碍包括中国在内的发展中国家有效发展本国产业的棘手难题?因此,重视与投入自主知识产权,积极参与国际标准制定及发挥实质作用已成当务之急,这亦是一项艰巨而需付出巨大努力的任务?对此,在通信?计算机及家电等高技术领域表现得尤为明显?<BR><BR>2.4.1 
充分吸取WAPI标准受阻的经验教训<BR><BR>　　如众所知,随着传统意义上的WLAN演进为公众通信P-WLAN/O-WLAN,WLAN已成为中国几大公众业务基础运营商共同关注的焦点?公众运营商级的WLAN用户主要为企业客户?经常出差的商务人员及家庭用户等,多半属高端用户,对服务质量及安全性非常关注?而802.11x标准中原先提出的安全方案已被广泛证实存在安全漏洞,有如:基于有线环境设计的端口访问控制协议802.1x 
?安全协议WEP及所用RC4流密码? 
DHCP+Web认证中的用户名和密码按明文Http1.0或弱加密Http1.1的MD5算法?MAC地址过滤及非法接入问题?对于目前使用较多的PPPoE认证方式亦利用明文或弱加密方式传送口令,同样不适合于开放无线环境,且PPP报文及PPPoE封装效率较低,亦无后续数据加密,均会对电信运营商级高可靠性要求带来较大隐患等?<BR><BR>　　针对这些情况,我国依据“商用密码管理条例”制定的WLAN安全标准WAPI,取得了多方面重要进展?例如:采用基于公共密钥密码体系的证书机制,动态密钥综合安全度高,用户只需安装一张证书即可在WLAN覆盖的不同地区实现漫游;可支持Windows98/2000/XP及Linux等多种操作系统;可满足运营商?企业及家庭等多种应用模式;能提供与现有计费技术兼容的服务,完善的安全认证也是实施身份识别?分类计费?路由策略和流量控制等优良运营用户管理的基础?这一安全标准已符合我国国家标准与法规要求,同时,WAPI协议已由ISO/IEC授权的IEEE注册权威机构IEEE 
RA审查认可,并分配了用于该协议机制的以太型字段0x88b4等?这是我国在WLAN安全领域自主创新取得的卓越成果,有重要的国际影响与战略意义,有可能打破外国企业在这一市场产品的绝对垄断格局?这一标准引起了相应外国政府和企业?组织的强烈关注与严重不安,采用政府高层施压?Wi-Fi联盟反对?芯片禁运等各种手段进行抵制并阻挠实施,使WAPI标准受阻?2004年4月29日,国家认监委和国家标准委联合发布2004年第44号公告,声明WAPI国家标准的强制性认证实施时间由6月1日后延?此前,吴仪副总理已在2004年4月22日中美商务会议上与美方会谈后表示,中国同意在6月1日最后期限到来之时,不强制实施我国自主创新制定的WAPI技术标准,并与WLAN国际标准机构密切合作?这次无明确期限推迟强制实施,确实令人惋惜?究其原因,有如下几方面因素值得反思?<BR><BR>　　自主创新标准制定与核心技术芯片实施支撑失调;市场后向用户兼容过渡的策略处理欠妥;标准化努力的多方面共赢合作,特别是国际合作策略不成功?虽然说信息安全?特别是保密问题涉及国家权益与国家信息安全问题,理应由主权国主宰与控制,这无可厚非,但处理加密块依然应有原则前提下的使用等级可选择性与处理策略灵活性?最后,可能这亦是一个现实中难以规避的实际因素,即贸易摩擦政治化?一些国家在标榜与要求别国“技术中立”的同时,却充分利用自身技术垄断与贸易实力方面的优势,以贸易摩擦为由推行“技术标准政治化”,以维护其技术产品的市场垄断地位?其中芯片量产上的Wi-Fi?WiMAX等的联手市场利益的策略考虑也是其重要方面?<BR><BR>　　总之,在自主创新其他新标准之际,我国WAPI标准受阻的经验教训,确实值得反思?但同时应该指出,国内参与WAPI标准化工作的单位,在重压情况下仍再接再厉,进一步将WAPI标准完善和务实推进,并推向新的共赢合作高度?然而,在与国际相应标准组织的合作共事中产生的一系列出人意料的情况值得深思?<BR><BR>　　WAPI提案早在2004年7月就提交JTC1联合技术委员会,其编号为IN7506,但在同年9月中旬,该提案突然被JTC1秘书处在没有说明?没有沟通的情况下就予以撤销?而2004年9月才提交的编号为IN7537的802.11i标准却很快被接纳入快速程序?进入投票阶段,这显然破坏了国际合作商谈研讨的常理公允原则?2005年1月底,在中国标准组织的强烈抗议下,JTC1秘书处承认“在处理程序和沟通方面都犯了错误”,并提出了一些补救措施?在2004年11月召开的国际标准化组织奥尔兰多会议上,WAPI标准被承认具备进入快速程序的资格,可以和IEEE标准在国际标准化组织框架下共存?2004年11月5日,ISO/IEC