什么是AVC编码? 简述H.264概念和发展

频编解码技术有两套标准，国际电联（ITU-T）的标准H.261、H.263、H.263+等；还有ISO 的MPEG标准Mpeg1、Mpeg2、Mpeg4等等。H.264/AVC是两大组织集合H.263+和Mpeg4的优点联合推出的最新标准，最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比H.263高2倍，比MPEG-4高1.5倍。

以下我们简单介绍H.264的概念和发展，并探讨H.264技术实用化的可能性

H.264/AVC是什么？

H.264/AVC标准是由ITU-T和ISO/IEC联合开发的，定位于覆盖整个视频应用领域，包括：低码率的无线应用、标准清晰度和高清晰度的电视广播应用、Internet上的视频流应用，传输高清晰度的DVD视频以及应用于数码相机的高质量视频应用等等。

ITU-T给这个标准命名为H.264（以前叫做H.26L），而ISO/IEC称它为MPEG-4 高级视频编码（Advanced Video Coding，AVC）,并且它将成为MPEG-4标准的第10部分。既然AVC是当前MPEG-4标准的拓展，那么它必然将受益于MPEG-4开发良好的基础结构（比如系统分层和音频等）。很明显，作为MPEG-4高级简洁框架（Advanced Simple Profile，ASP）的MPEG-4 AVC将会优于当前的MPEG-4视频压缩标准，它将主要应用在具有高压缩率和分层次质量需求的方向。

就像在下边"视频编码历史"表格中看到的，ITU-T和ISO/IEC负责以前所有的国际视频压缩标准的定制。到目前为止，最成功的视频标准是MPEG-2，它已经被各种市场领域所广泛接受比如DVD、数字电视广播（覆盖电缆和通讯卫星）和数字机顶盒。自从MPEG-2技术产生以来，新的H.264/MPEG-4 AVC标准在编码效率和质量上有了巨大的提高。随着时间的过去，在许多现有的应用领域，H.264/MPEG-4 AVC将会取代MPEG-2和MPEG-4，包括一些新兴的市场（比如ADSL视频）。

数字视频编解码技术的演变

国际标准通常是由国际标准化组织ISO在国际电信联盟 ITU的技术建议的基础上制订的。数字视频编解码标准也经历了多次变革，H264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。H.264的推广应用对视频终端、网守、网关、MCU等系统的要求较高，将有力地推动视频会议软设备在各个方面的不断完善。

H.264的核心竞争力

H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。压缩技术的基本原理就是将视频文件中的非重要信息过滤，以便让数据能够更快地在网络中传输。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。

在MPEG-4需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要3Mbps-4Mbps的传输速率。我们用交通运输来做更加形象的比喻：同样是用一辆卡车运输一个大箱子，假如MPEG-4能把箱子减重一半，那么H.264能把箱子减重为原来的1/4，在卡车载重量不变的情况下，H.264比MPEG-2让卡车的载货量增加了二倍。

H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的大幅增加，例如分层设计、多帧参论、多模式运动估计、改进的帧内预测等，这些都显著提高了预测精度，从而获得比其他标准好得多的压缩性能。

不断提高的硬件处理能力和不断优化的软件算法是H.264得以风行的生存基础。早在十年前，主频为几十兆的CPU就达到了顶级，而如今普通的台式机，CPU的主频已经高达几千兆。按照摩尔定律的说法，芯片单位面积的容量每18个月翻一番，因此H.264所增加的运算复杂度相对于性能提升效果而言微不足道。更何况新的计算方法层出不穷，也相对缓解H.264对处理速度的饥渴需求。

H.264 与MPEG-4的比较

在极低码率（32-128Kbps）的情况下，H.264与MPEG-4相比具有性能倍增效应，即： 相同码率的H.26L媒体流和MPEG-4媒体流相比，H.26L拥有大约3个分贝的增益（画质水平倍增）。 32Kbps的H.26L媒体流，其信躁比与128K的MPEG-4媒体流相近。即在同样的画面质量下，H.264的码率仅仅为MPEG-4的四分之一。

H.264/AVC核心技术概览

这个新的标准是由下面几个处理步骤组成的：
　　 帧间和帧内预测
　　 变换（和反变换）
　　 量化（和反量化）
　　 环路滤波
　　 熵编码

单张的图片流组成了视频，它能分成16X16像素的"宏块"，这种分块方法简化了在视频压缩算法中每个步骤的处理过程。举例来说，从标准清晰度标准视频流解决方案（720X480）中截取的一幅图片被分成1350（45X30）个宏块，然后在宏块的层次进行进一步的处理。

帧间预测

改良的运动估计。运动估计用来确定和消除存在于视频流中不同图片之间的时间冗余。当运动估计搜索是根据过去方向的图片，那么被编码的图片称为"P帧图片"，当搜索是根据过去和将来两种方向的图片，那么被编码的图片被称为"B帧图片"。

为了提高编码效率，为了包含和分离在"H.264运动估计-改良的运动估计"图中的运动宏块，宏块被拆分成更小的块。然后，以前或将来的图片的运动矢量被用来预测一个给定的块。H.264/MPEG-4 AVC发明了一种更小的块，它具有更好的灵活性，在运动矢量方面可以有更高的预测精度。