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H.264 FRExt技术及其应用
2006年6月20日 13:49  来源:中国多媒体通信  作者:熊联欢
  〔摘 要〕JVT于2004年完成了H.264 FRExt(High profile)标准的制定,该部分主要针对高分辨率和高清晰度有特别要求的专业应用。本文介绍了H.264 FRExt中的主要技术特点,并分析了其应用情况。

  一、简介

  当今编码性能最好的视频编码国际标准H.264为ISO/IEC之下的MPEG标准组与ITU-TSG16之下的VCEG标准组联合组建的工作组JVT所制定,ITU称之为H.264,MPEG称之为MPEG-4 Part 10,此外还可以称为AVC、H.26L、JVT标准。JVT于2003年5月完成H.264基本部分标准制定工作,包含Baseline profile、Extended profile和Main profile,分别包括不同的编码工具,如表1所示。

  在2004年7月,JVT又完成了H.264 FRExt(即:Fidelity Range Extensions)扩展部分(Amendment)的制定工作,包括High profile(HP)、High 10 profile(Hi10P)、High 4:2:2 profile(Hi422P)、High 4:4:4 profile(Hi444P) 4个profile。此外,JVT于2005年1月开始进行H.264的一个新扩展部分分层编码SVC的标准制定工作,计划于2006年底完成。本文主要介绍H.264 FRExt中的主要技术点及其应用情况。



  二、 FRExt技术特点

  1.FRExt 4个profile

  H.264 Baseline profile、Extended profile和Main profile都是针对8位样本数据、4:2:0格式的视频序列,FRExt将其扩展到8~12位样本数据,视频格式可以为4:2:0、4:2:2、4:4:4,设立了High profile(HP)、High 10 profile(Hi10P)、High 4:2:2 profile(Hi422P)、High 4:4:4 profile(Hi444P) 4个profile,这4个profile都以Main profile为基础,并且为逐渐扩展的包含关系,其所包含的编码工具和相互关系如表2所示。



  2.变换方法

  由于FRExt针对高分辨率的视频图象,因此,为了得到更好的编码效率,在FRExt里增加了一种整数8%8变换方法,变换矩阵为:



  其计算精度为(8+n)位,其中输入视频样本为n位精度。该变换方法可以通过蝶形方式快速实现,其计算复杂度比H.264中的4%4变换方法稍多一点,见表3所示。



  在编码过程中,对于每个宏块MB编码器选择采用4%4变换还是8%8变换,但是,对于帧间宏块,如果采用8%8子划分方式(即采用4%8、8%4、4%4模式),则亮度分量采用4%4变换方法;而对于帧内宏块,如果亮度分量采用8%8预测方法,则亮度分量采用8%8变换方法。

  3.帧内预测方法
 
  在H.264基本部分中,有16%16和4%4两种预测模式,前者包括4个预测方向,后者包括9个预测方向,FRExt增加8%8预测模式,包括与4%4类似的9个预测方向,并且,8%8预测还增加了对参考样本点的预滤波处理过程,即在预测前对参考样本点进行低通滤波处理。

  4.量化方法类似于MPEG-2,FRExt量化方法采用了基于感知的量化因子矩阵,包括针对帧内和帧间块的两种类型矩阵。该方法不以提高客观质量(如PSNR值)为目标,而以提高主观质量为考虑点。

  5.熵编码方法

  与4%4类似,FRExt中8%8扫描方式也包括zig-zag和场扫描两种扫描方式。FRExt对CABAC编码的上下文模型(context models)进行了扩展。

  6.色度空间与以前的视频编码标准一样,H.264基本部分是按照YCbCr色度空间进行编码的,其转换方法为:

  例如,可取KR=0.2126,KB=0.0722。

  FRExt采用了一种新的色度空间YCgCo,其变换方法为:

  YCgCo可以减少转换过程的计算复杂度、提高编码效率。

  7.无损编码

  在H.264基本部分里,通过PCM宏快模式可以支持无损编码或者对某一区域进行无损编码。在PCM宏快模式里,样本值将直接进行编码,而不需要进行预测、变换和量化。FRExt采用了更为有效的无损编码方法,不进行变换,但对样本值采用预测和熵编码的方法。

  三、FRExt编码性能和应用分析

  经测试,就高清视频编码来说,在相同配置情况下,High profile(HP)可以比Main profile(MP)节省10%的码流量,比MPEG-2 MP节省60%的码流量。就单色静止图象压缩来说,当采用全帧内编码(INTRA)模式时,H.264 HP可以比JPEG-2000平均提高0.5dB。几个具体测试数据可以参见图1、图2和图3。





  由于H.264 FRExt(High profile)具有更好的编码性能,因此,自从JVT完成H.264 FRExt标准制定工作后,原来采用H.264 Main profile的应用(例如,高清电视、HD-DVD等)都倾向于采用High profile,例如,DVB在TS 101 154 和TS 102 005中采用HP为卫星、光缆和地面广播中的视频标准,DVD论坛的HD-DVD规定HP为每一个解码器的强制标准之一,蓝光标准协会(Blu-Ray Disc Association)BDA在其BD规范中规定HP为每一个解码器的强制标准之一。可以预见,H.264 FRExt(High profile)标准将会在高清视频应用领域获得广泛的应用。

  四、结束语

  针对不同的应用领域,H.264视频标准提供了Baseline、Extended、Main、High、High 10、High 4:2:2和High 4:4:4一共7个profile,其中Baseline profile已经应用于3GPP、会议电视、可视电话等实时通信领域,Main profile已经应用于ISMA等流媒体领域,High profile已经应用于DVB、HD-DVD等广电和存储领域。
 
 [关键词]:视频编码 H.264FRExt  发表评论    【推荐】 【打印

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