原创 ITU-T的H.261、H.263、H.264

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ITU-T的H.261、H.263、H.264

1 H.261 ­

    H.261是最早的视频编码标准，是ITU-T为在综合业务数字网(ISDN)上开展双向声像业务(可视电话、视频会议)而制定的，和ISDN信道相匹配，其输出码率是p×64kbit/s，因此H.261又称为px64标准，其中p是1到30的可变参数。p取值较小时，只能传清晰度不太高的图像，如P＝1或2，支持四分之一中间格式QCIF（Quarlity Common Interfmedia Format）的帧率较低的视频电话；p取值较大时，如 p＞6，支持通用中间格式CIF（Common Interfmedia Format）的帧率较高的清晰度较好的会议电视图像。要说明的是：H.261只对CIF和QCIF两种图像格式进行处理。（CIF和QCIF格式如表2－2所示。注：CIF和QCIF帧频是每秒30帧）.­

    H.261采用的算法结合了可减少时间冗余的帧间预测和可减少空间冗余的DCT变换的混合编码方法，特点是压缩比高、算法复杂度低。H.261详细制定了视频编码的各个部分，包括运动补偿的帧间预测、DCT变换、量化、熵编码，以及与固定速率的信道相适配的速率控制等部分。H.261实际的编码算法类似于MPEG算法，但不能与后者兼容，在实时编码时比MPEG所占用的CPU运算量少得多，此算法为了优化带宽占用量，引进了在图像质量与运动幅度之间的平衡折中机制，也就是说，剧烈运动的图像比相对静止的图像质量要差。因此这种方法是属于恒定码流可变质量编码而非恒定质量可变码流编码。­

2 H.263­

    H.263是ITU-T为低码流通信而设计的，实质上H.263以及后来的H.263+和H.263++已发展成支持全码率应用的建议，从它支持众多的图像格式这一点就可看出，如Sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF甚至16CIF等格式。H.263核心技术是基于块的DCT变换和运动估计与预测技术，其编码算法与H.261一样，将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分，但做了一些改进以提高性能和纠错能力，如在I帧内用改进的DCT 变换并量化，在帧间采用半象素运动矢量预测补偿技术，使运动补偿更加精确，量化后适用改进的变长编码表。目前H.263基本取代了H.261。­

    与H.261相比，H.263的码率可以更低，单位码率可以小于64K，在低码率下能够提供比H.261更好的图像效果，且支持的原始图像格式更多。H.263的编码速度快，其设计编码延时不超过150ms；码率低，在512 K 乃至 384K 带宽下仍可得到相当满意的图像效果，十分适用于需要双向编解码并传输的场合（如:可视电话）和网络条件不是很好的场合（如:远程监控）。 ­

    H.263与H.261的区别还有：(1)H.263的运动补偿使用半象素精度，而H.261则用全象素精度和循环滤波；(2)数据流层次结构的某些部分在H.263中是可选的，使得编解码可以配置成更低的数据率或更好的纠错能力；(3)H.263包含四个可协商的选项以改善性能；(4)H.263采用无限制的运动向量以及基于语法的算术编码；(5)采用事先预测和与MPEG中的P-B帧一样的帧预测方法；(6)H.263支持5种分辨率，即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外，还支持SQCIF、4CIF和16CIF，SQCIF相当于QCIF一半的分辨率，而4CIF和16CIF分别为CIF的4倍和16倍。­

3 H.263+和H.263++­

3.1 H.263+­

    1998年IUT-T推出的H.263＋是H.263建议的第2版，它在保证H.263标准核心句法和语义不变的基础上，提供了12个新的可协商模式和其他特征，以提高压缩效率或改善某方面的功能，增强应用的灵活性。如H.263只有5种视频源格式，H.263＋允许使用更多的视频源格式，允许自定义图像的尺寸，从而拓宽了标准使用的范围，使之可以处理基于视窗的计算机图像、更高帧频的图像序列及宽屏图像。另一重要的改进是可扩展性，它允许多显示率、多速率及多分辨率，增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络环境下的传输。­

    为提高压缩效率，H.263+采用先进的帧内编码模式；增强的PB-帧模式改进了H.263的不足，增强了帧间预测的效果；去块效应滤波器不仅提高了压缩效率，而且提供重建图像的主观质量。为适应网络传输，H.263+增加了时间分级、信噪比和空间分级，对在噪声信道和存在大量包丢失的网络中传送视频信号很有意义；另外，片结构模式、参考帧选择模式增强了视频传输的抗误码能力。­

3.2 H.263++­

    H263++在H263+基础上增加了3个选项，主要是为了增强码流在恶劣信道上的抗误码性能，同时为了提高编码效率。这3个选项为：选项U——称为增强型参考帧选择，它能够提供增强的编码效率和信道错误再生能力(特别是在包丢失的情形下)，需要设计多缓冲区用于存贮多参考帧图像。选项V——称为数据分片，它能够提供增强型的抗误码能力(特别是在传输过程中本地数据被破坏的情况下)，通过分离视频码流中DCT的系数头和运动矢量数据，采用可逆编码方式保护运动矢量。选项W——在H263+的码流中增加补充信息，保证增强型的反向兼容性，附加信息包括：指示采用的定点IDCT、图像信息和信息类型、任意的二进制数据、文本、重复的图像头、交替的场指示、稀疏的参考帧识别。­

4 H.264­

    H.264/AVC是ITU-T和ISO/IEC联合制定的最新编码标准，它最先由ITU-T的视频编码专家组(VCEG)于1997年提出，目标是提出一种更高性能（相对于当时的H.263）的视频编码标准。1996年制定H.263标准后，ITU-T的VCEG开始了两个方面的研究：一个是短期研究计划，在H.263基础上增加选项(之后产生了H.263+与H.263++)；另一个是长期研究计划，制定一种新标准以支持低码率的视频通信。长期研究计划产生了H.26L标准草案，在压缩效率方面与先期的ITU-T视频压缩标准相比，具有明显的优越性。2001年，ISO的MPEG组织认识到H.26L潜在的优势，随后ISO与ITU开始组建包括来自ISO/IEC MPEG与ITU-T VCEG的联合视频组(JVT)，JVT的主要任务就是将H.26L草案发展为一个国际性标准。于是，在ISO/IEC中该标准命名为AVC(Advanced Video Coding)，作为MPEG-4标准的第10个选项；在ITU-T中正式命名为H.264标准。­

     4.1 H.264的主要优点­

    （1）在相同的重建图像质量下，H.264比H.263和MPEG-4(SP)减小50%码率。（2）对信道时延的适应性较强，既可工作于低时延模式以满足实时业务，如会议电视等；又可工作于无时延限制的场合，如视频存储等。（3）提高网络适应性，采用“网络友好”的结构和语法，加强对误码和丢包的处理，提高解码器的差错恢复能力。（4）在编/解码器中采用复杂度可分级设计，在图像质量和编码处理之间可分级，以适应不同复杂度的应用。­