H. 264 算法特点

 H. 264 是联合视频组JVT 开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU- T 的H. 264 算法，又是ISO/ IEC 的MPEG- 4 的第10 部分。1998 年1 月份开始征集H. 264 算法草案，1999 年9 月完成第一个草案，2001 年5 月制定了其测试模式TML- 8，2002 年6 月JVT 第5 次会议通过了H. 264 的FCD 版，2003 年5 月，ITU 正式核准颁布。

H. 264 算法还是基于块的混合编码技术，编码过程基本与以前的编码标准相同，只是每个功能模块都进行了技术更新，帧内预测、帧间预测、整数DCT 变换、环路滤波、熵编码等模块都做了技术提升。

（1）NAL 与VCL 网络适配层NAL（Network Abstraction Layer）是H. 264 为适应网络传输应用而制定的一层数据打包操作。传统的视频编码算法编完的视频码流在任何应用领域下（无论用于存储、传输等）都是统一的码流模式，视频码流仅有视频编码层VCL（Video Coding Layer）。而H. 264 可根据不同应用增加不同的NAL 片头，以适应不同的网络应用环境，减少码流的传输差错。

（2）帧内预测H. 264 为能进一步利用图像的空间相关性，H. 264 引入了多模式的帧内预测以提高压缩效率。简单地说，帧内预测编码就是用周围邻近的像素值来预测当前的像素值，然后对预测误差进行编码。预测是基于块的，亮度分量（Luma）块的大小可以在16 × 16 和4 × 4 之间选择，16 × 16 块有4 种预测模式，4 × 4 块有9 种预测模式；色度分量（Chroma）预测是对整个8 × 8 块进行的，预测模式同亮度16 × 16 的4 种预测模式。

（3）帧间预测帧间预测即传统的运动估计ME 加运动补偿MC，H. 264 的运动估计更精准、快速，效果更好。

1）多变的宏块大小传统的运动估计块大小是16 × 16，由于运动物体复杂多变，仅使用一种模式效果不好。H. 264 采用了7 种方式对一个宏块进行分割，分别为16 × 16、16 × 8、8 × 16、8 × 8、8 × 4、4 × 8、4 × 4，每种方式下块的大小和形状都不相同，这就使编码器可以根据图像的内容选择最好的预测模式。实验表明，与仅使用16 × 16 块进行预测相比，使用不同大小和形状的块可以使码率节省15% 以上。

2）更精细的像素精度在H. 264 算法中，Luma 分量的运动矢量MV 使用1/ 4 像素精度。Chroma 分量的MV 由Luma MV 导出，由于Chroma 分辨率是Luma 的一半（YUV4: 2: 0），所以其MV 精度将为1/ 8。如此精细的预测精度较之整数精度可以使码率节省超过20%。

3）更多参考帧H. 264 支持多参考帧预测（Multiple Reference Frames），即可以有多于1 个（最多5 个）的在当前帧之前解码重建的帧，作为参考帧产生对当前帧的预测（Motion- compensated Prediction）。这特别适用于视频序列中含有周期性运动的情况。

4）环路滤波环路滤波（Loop Filter）的作用是，消除经反量化和反变换后重建图像中由于预测误差产生的块效应，从而一方面改善图像的主观质量，另一方面减少预测误差。与以往的Deblocking Filter 不同的是，经过滤波后的图像将根据需要放在缓存中用于帧间预测，而不是仅仅在输出重建图像时用来改善主观质量，也就是说该滤波器位于解码环中，而非解码环的输出外，因而得名Loop Filter。

（4）整数DCT 变换

传统的DCT 是由浮点算法定点实现，所以IDCT 不是可逆的，容易造成解码图像的周围“拖尾”现象。H. 264 对帧内或帧间预测的残差（Residual）进行整数DCT 变换编码。新标准对DCT 的定义做了修改，使得变换仅用整数加减法和移位操作即可实现，这样在不考虑量化影响的情况下，解码端的输出可以准确地恢复编码端的输入。此外，该变换是针对4 × 4 块进行的，这也有助于减少块效应。为了进一步利用图像的空间相关性，在对色度（Chroma）的预测残差和16 × 16 帧内预测的预测残差进行上述整数DCT 变换之后，标准还将每个4 × 4 变换系数块中的DC 系数组成2 × 2 或4 × 4 大小的块，进一步做哈达玛（Hadamard）变换。

（5）熵编码

对于预测残差，H. 264 有两种熵编码的方式：基于上下文的自适应变长码CAVLC（Context- based Adaptive Variable Length Coding）和基于上下文的自适应二进制算术编码CABAC（Context- based Adaptive Binary Arithmetic Coding）；如果待编码的数据不是预测残差这一类型，则H. 264 采用Exp- Golomb 码或CABAC 来编码，具体选用哪种编码类型视编码器的设置而定。

1）CAVLC

 可变字长编码VLC 的基本思想就是，对出现频率大的符号使用较短的码字，而出现频率小的符号采用较长的码字，这样可以使平均码长最小。在CAVLC 中，H. 264 采用若干VLC 码表，不同的码表有不同的概率模型。编码器能够根据上下文，如周围块的非零系数或系数的绝对值大小，在这些码表中自动地选择，最大可能地与当前数据的概率模型匹配，从而实现了上下文自适应的功能。

2）CABAC

算术编码是一种高效的熵编码方案，其每个符号所对应的码长被认为是分数。由于每一个符号的编码都与以前编码的结果有关，所以它考虑的是信源符号序列整体的概率特性，而不是单个符号的概率特性，因而它能够更大程度地逼近信源的极限熵，极大的降低码率。