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H.264 视频编码基本知识

一、视频编码技术的发展历程

　　视频编码技术基本是由 ISO/IEC 制定的 MPEG-x 和 ITU-T 制定的 H.26x

两大系列视频编码国际标准的推出。从 H.261 视频编码建议，到

H.262/3、MPEG-1/2/4 等都有一个共同的不断追求的目标，即在尽可能低的

码率（或存储容量）下获得尽可能好的图像质量。而且，随着市场对图像传输

需求的增加，如何适应不同信道传输特性的问题也日益显现出来。于是 IEO/

IEC 和 ITU-T 两大国际标准化组织联手制定了视频新标准 H.264 来解决这些问

题。

H.261 是最早出现的视频编码建议，目的是规范 ISDN 网上的会议电视和可

视电话应用中的视频编码技术。它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。和 ISDN 信道相匹配，其输

出码率是 p×64kbit/s。p 取值较小时，只能传清晰度不太高的图像，适合于面

对面的电视电话；p 取值较大时（如 p＞6），可以传输清晰度较好的会议电视

图像。H.263 建议的是低码率图像压缩标准，在技术上是 H.261 的改进和扩

充，支持码率小于 64kbit/s 的应用。但实质上 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。

MPEG-1 标准的码率为 1.2Mbit/s 左右，可提供 30 帧 CIF（352×288）质

量的图像，是为 CD-ROM 光盘的视频存储和播放所制定的。MPEG-l 标准视频

编码部分的基本算法与 H.261/H.263 相似，也采用运动补偿的帧间预测、二

维 DCT、VLC 游程编码等措施。此外还引入了帧内帧（I）、预测帧（P）、双

向预测帧（B）和直流帧（D）等概念，进一步提高了编码效率。在 MPEG-1

的基础上，MPEG-2 标准在提高图像分辨率、兼容数字电视等方面做了一些改

进，例如它的运动矢量的精度为半像素；在编码运算中（如运动估计和 DCT）

区分"帧"和"场"；引入了编码的可分级性技术，如空间可分级性、时间可分级

性和信噪比可分级性等。近年推出的 MPEG-4 标准引入了基于视听对象

（AVO：Audio-Visual Object）的编码，大大提高了视频通信的交互能力和

编码效率。 MPEG-4 中还采用了一些新的技术，如形状编码、自适应 DCT、

任意形状视频对象编码等。但是 MPEG-4 的基本视频编码器还是属于和 H.263

相似的一类混合编码器。

总之，H.261 建议是视频编码的经典之作，H.263 是其发展，并将逐步在

实际上取而代之，主要应用于通信方面，但 H.263 众多的选项往往令使用者无

所适从。MPEG 系列标准从针对存储媒体的应用发展到适应传输媒体的应用，

其核心视频编码的基本框架是和 H.261 一致的，其中引人注目的 MPEG-4

的"基于对象的编码"部分由于尚有技术障碍，目前还难以普遍应用。因此，在

此基础上发展起来的新的视频编码建议 H.264 克服了两者的弱点，在混合编码

的框架下引入了新的编码方式，提高了编码效率，面向实际应用。同时，它是

两大国际标准化组织的共同制定的，其应用前景应是不言而喻的。

二、H.264 介绍

　　H.264 是 ITU-T 的 VCEG（视频编码专家组）和 ISO/IEC 的 MPEG（活动

图像编码专家组）的联合视频组（JVT：joint video team）开发的一个新的

数字视频编码标准，它既是 ITU-T 的 H.264，又是 ISO/IEC 的 MPEG-4 的第

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