H.264-AVC视频编码原理及实现（五）



五H.264/AVC编码

5.1编码原理图

对比上图和基本原理图，我们会发现只是多了一个Fitler，那么H.264和MPEG-2编码之间的区别只是在于这一个Filter吗？

 

H.264和MPEG-2编码效率的主要提升在于以下几方面的主要区别：

n       帧内预测编码

n       多帧参考

n       ME时宏块和ME时细化宏块，子宏块比较，¼像素ME

n       多帧参考

n       更高效的熵编码CAVLC和CABAC

n       Deblock Filter

5.2 H.264的Profile

到目前为止，H.264共有四个级别的Profile：

各个Profile的特点在图中已经标明，这些不同的特点决定不同Profile的不同应用场合。

Baseline：一般用在可视电话，会议电视，无线通信等实时通讯情况下。

Main：运行隔行，主要用于数字电视与数字视频存储。

Extended：支持码流的切换，主要用于流媒体。

High：用在高清分辨率的场合。

由上图我们可知，各等级之间并不是子集的关系。

5.3帧内预测编码

我们知道，在MPEG-2中，帧内编码就是直接对MB进行DCT变换，然后保存相关的参数。在H.264中，对帧内编码引入了预测编码，所谓帧内预测就是在对MB进行DCT变换前，先根据其周围已编码的MB或sub-MB进行预测，仅对预测后的残差和预测方式进行编码。

针对16x16和4x4，H.264提供了多种预测方式。

 

5.3.1 4x4帧内预测编码

4x4预测适用于细节较多的MB。

4x4预测编码共9种方式：

 

5.3.2 16x16帧内预测编码

16x16预测适合平坦区域的MB的。

 

5.3.3色度8x8帧内预测

每个帧内编码宏块的8×8 色度成分由已编码左上方色度像素预测而得，两种色度成分常用同一种预测模式。4 种预测模式类似于帧内16×16 预测的4 种预测模式，只是模式编号不同。其中DC（模式0）、水平（模式1）、垂直（模式2）、平面（模式3）。

 

5.4多帧参考

在H.264中，参考帧最多数目可以达到16个。H.264维护了两个List用于保存参考帧图像，List中图像基于POC进行排序，包括了前向参考和后向参考的图像。

5.5帧间ME

5.5.1帧间ME的宏块及宏块分割

l         宏块分割

ME时16x16MB有以下几种分割方式：

色度块分割则为相应的亮度的一半。

下图是一个预测后的残差帧：

我们可以看到在平坦区域一般是16x16分割，在细节较多的区域采用较细的分割。

 

l         MV预测

预测矢量MVp 基于已计算MV 和MVD（预测与当前的差异）并被编码和传送。MVp 则取决于运动补偿尺寸和邻近MV 的有无。

其中：

1） 传输分割不包括16×8 和8×16 时，MVp 为A、B、C 分割MV 的中值；

2） 16×8 分割，上面部分MVp 由B 预测，下面部分MVp 由A 预测；

3） 8×16 分割，左面部分MVp 由A 预测，右面部分MVp 由C 预测；

4） 跳跃宏块（skipped MB），同1）。

   

l         1/2，1/4像素搜索

1/2像素内插：

内插算法：

1/4内插：

1/4内插算法在1/2基础上通过线性进行。

5.6熵编码

n       CAVLC

n       CABAC

 

5.7 Deblock filter

块效应的产生，是由于预测时基于方块进行的。在进行量化后，方块的边界有时变得非常明显。

n       解码完的一帧数据进行Deblocking

n       Intra编码的MB没有进行Deblocking

 

去块效应的具体方法：