原创 H.264简介

1 H.264简介

H.264是ITU-T和ISO／IEC联合制定的最新编码标准，它最先由ITU-T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。相对于其它标准，H.264具有以下特点：

(1) 码率低。和MPEG-2等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG-2的1／2～1／3。显然，H.264压缩技术的采用将大大节省存储容量、信道带宽及用户的下载时间和数据流量收费。

(2) 图像质量高。H.264能提供连续、流畅的高质量图像。

(3) 应用范围广。H.264的不同Profile既可以应用于有严格时延限制的实时通信中，也可以应用于对时延要求不高的其他应用中(如视频存储、流媒体等等)。

(4) 鲁棒性。H.264在设计时，针对分组交换网如Internet中的分组丢失和无线网络中比特误码都提出了相应的工具，使得H.264在这些网络中传播时具有更强的抗误码性能。

(5) 对各种网络的友好性。H.264中增加了NAL层，负责将编码器的输出码流适配到各种类型的网络中，从而提供了友好的网络接口。

H.264之所以能够达到以上性能，是因为采用了以下一些先进的技术：

首先是帧内预测编码，充分利用图像空域相关性，来降低码率。根据像条编码类型，每个宏块可以选择几种编码类型之一。共有13种预测模式(4×4块大小9种预测模式，16×16块大小4种预测模式)，这在以往标准中是没有的。

其次是采用新的快速运动估值算法UMHexagonS(中国专利)，它是一种运算量相对于H.264中原有的快速全搜索算法可节约90％以上的新算法，全名叫“非对称十字型多层次六边形格点搜索算法”(unsymmetrical-cross muti-hexagon search)，这是一种整像素运动估值算法。由于它在高码率大运动图像序列编码时，在保持较好失真率性能的条件下，运算量十分低，已被H.264标准正式采纳。H.264有7种块匹配模式，编码时对其逐一计算，选择最优。例如较为精细的部分采用4×4块大小，不运动的背景可以采用16×16块大小等等。以往标准只有固定的一种或者两种块大小模式。H.264采用多帧参考，最大限度地利用实域相关性。参考帧可以从1帧到15帧，以往标准都是单帧参考。还有采用1／4或1／8精度的亚象素运动估计，以往标准至多采用1／2精度亚象素搜索，而且不是必选选项。为了消除视频编码中常出现的块效应，H.264使用了去块效应滤波器。

H.264还采用了整数DCT变换，以提高变换速度，采用CAVLC，CABAC等新的熵编码方法以提高编码效果。

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因具有较低的传输比特率且对存储的要求较低，基本系统无需使用版权，具有开放的性质，目前有望取代MPEG-2。