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ITU-T的H.26x视频压缩编码技术介绍

浏览:5572  来源:通信人在线  日期:2007-06-15
 

我们知道,面对面的交流是一种最直接、最生动、最直观的交流方式,人们在倾听对方语音的同时,还能随时感受到来自对方脸部表情、动作、情绪的变化。人们总希望在双方通信时能看到对方的容貌,看到对方表情、动作的变化。“百闻不如一见”深刻地揭示图像、视频通信的重要性。图像通信、视频通信一直是人类所追求的目标。1964年,贝尔实验室研制出最早的可视电话Picture Phone MOD -I,并在美国纽约国际博览会上展出,传送黑白静止硬拷贝图像,图像和话音采用分时传送。20世纪70年代,在匹兹堡和芝加哥间开始用于商业服务,采用Picture Phone MOD -II,提供黑白静止或活动的点对点电视会议业务。这是最早的模拟图像通信例子。在20世纪80年代初,日本制订了可视电话的TTC标准,在模拟电话网上传送黑白静止图像,显示屏清晰度100×1005~6s传送1幅图像。尽管传输速度较慢、图像质量较差,但毕竟是满足第一个可视电话标准TTC的图像通信设备。20世纪70年代初和80年代初的这两次发展高潮,由于视频压缩技术、IC技术、国际标准和市场需求等各方面的原因未能持续,在随后的相当长一段时间里,图像、视频通信的发展比较缓慢。

到了20世纪90年代,计算机技术、信息技术和网络技术迅速发展,进入了数字化、信息化时代。图像、视频编码技术得到快速发展,图像通信走出实验室进入实用化,同时图像、视频编码技术的应用也逐渐开展。如视频会议、可视电话、视频监控、视频存储的需求市场不断强劲,制定视频编码国际标准的条件日臻成熟,数字图像视频通信进入了一个快速发展时期。

199010月,国际电报电话咨询委员会(CCITTConsultative Committee on International Telegraphs and Telephones)首先通过了用于视频会议、可视电话的H.261标准,称为“p×64kbit/s视听业务的视频编解码器”,其中p的范围是1~30,覆盖了整个窄带ISDN基群信道速率,H.261标准的制定和颁布为各种视频通信产品的国际间互通提供了保证。此后,CCITT又制订了H.320系列标准,对视频会议系统的性能指标、压缩算法、信息结构、控制命令、规程和组建电视会议网的原则作了完整的规定,促进了视频会议的健康发展。

实际上,H.261标准的制定和颁布,可以认为是视频压缩编码技术发展的一个里程碑,是过去几十年来视频编码技术研究成果的结晶。在此后的一系列国际标准中,如H.26xMPEG-x,都采用了H.261的编码算法框架:基于运动补偿的帧间预测和DCT变换相结合的混合编码方法,即通过帧间预测减少时域冗余,通过DCT变换减少空域冗余。这种混合编码方法具有压缩比高、算法复杂度低的优点,在视频通信中得到广泛的应用。

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为了提高H.261图像质量和传输帧频,能在更低码率的信道上传输,1992年由CCITT改组的国际电信联盟电报电话通信部门(ITU-TInternational Telecommunications Union for Telegraphs and Telephones Sector),于19954月公布了用于低码率的视频编码标准草案,即H.263草案,19965月正式颁布H.263国际标准,称为“低比特率通信视频编码”。它与H.261标准相比,提高了编码效率,能保证在可接受的视频质量前提下允许比p×64kbit/s更低的信道码率。

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之后在19981ITU-T推出了H.263标准的第二版本H. 263 +,它提供了12个新的可协商模式和其他特征,进一步提高了压缩编码性能。如H.263只有5种视频源格式,H.263+允许使用更多的源格式,图像形状和时钟频率也有多种选择,拓宽了应用范围;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,增强了应用的灵活性。在200011月又推出了第三版本,称为H.263++,新增加了3个高级模式。H.263标准版本的升级,使其应用范围进一步扩大,压缩效率、抗误码能力以及重建图像的主观质量等均得到了提高。

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在修改H.263的同时,ITU-T推出了一个长期的研究计划,于1998年着手开始征集制定低比特率的视频通信新标准,即H.26L标准(L表示长期Long的意思),它提供比先前的ITU-T标准更为有效的视频压缩。结果在H.26L标准的基础上与ISO/MPEG一起研究推出了高级视频编码(Advanced Video Coding)标准,于2003年公布,ITU-T称之为H.264MPEG称之为MPEG-4 Part10,全称为H.264/MPEG-4 Part10。它仍然是采用传统的混合编码框架,但编码效率得到了极大的提高它允许在Internet中以1Mbit/s的速率传送电视质量的视频信号,它可以使8 MHz的模拟带宽中容纳两倍于MPEG-2编码的数字电视频道,它使无线视频通信成为可能,它对传统的数字媒体存储技术也将产生巨大的影响。20053月发布ITU-T又发布了H.264v2版本。

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