数字视频编解码技术标准及其发展趋势

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　　一、数字编解码技术发展历程

　　(一)国际视频压缩标准的制定与发展

　　目前，数字视频的应用涵盖了各个领域。由于视频压缩标准为针对不同应用设计的系统之间提供了一种交互的手段，因此视频压缩标准也是数字视频应用发展的助推器。制定视频压缩标准的国际组织主要有两个：ITU-T和ISO/IEC。ITU-T推荐委员会制定的大多数标准都是为实时视频通信应用的，例如H.261、H.262.H.263和H.264；另一方面，ISO/IEC的MPEG标准大多是为视频存储、广播视频和视频流应用而制定的标准，包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等。两个标准化委员会组织在独立地致力于不同的标准的制定的同时，联合发展了H.262/MPEG―2和H.264/AVC。

　　H.261是ITU-T制定的一个视频编码标准，属于视频编解码器部分。H.261是第一个实用的数字视频编码标准。其设计的目的是能够在带宽为64kbps倍数的综合业务数字网上传输质量可接受的视频信号。H.261使用了混合编码框架。H.261仅对与兼容性有关的码济语法、码济复用、解码过程等作了严格的限制性规定，而对复原图像质量指标有重要影响但不影响兼容性的部分不作限制性规定，给开发者、厂商和用户提供了很大的活动空间。

　　H.263是国际电联ITU-T的一个标准草案，是为低码流通信而设计的，它提供了四种可选的编码算法：无限制的运动矢量模式、先进预测模式、PB帧模式和基于语意的算术预测模式。

　　H.263+是H.263的第二个版本。H.263+提供了12个新的可协商模式和其他特征，如高级帧内编码、去块效应滤波、参考帧选择、SNR/时域/空域可分级性等，进一步提高了压缩编码性能。H.263+允许使用更多的源格式，图像时钟频率也有多种选择，拓宽应用范围；另一重要的改进是可扩展性，它允许多速率及多分辨率，增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络环境下的传输，它还允许在码流内加入许多附加的信息，大大方便了用户的操作。

　　H.263++是H.263的第三版本，H.263++在视频流的抗误码方面做了不少增强工作，提出了可逆VLC编码和基于数据分类的抗误码组合，同时扩展了参考帧选择模式；增强了抗误码系统的鲁棒性。

　　H.26L设计目的是对多种图像信源实现低比特率、实时和低延迟的视频编码。H.26L是H.264的雏形。H.264同时也是MPEG-4第十部分。H.264作为新一代视频压缩算法，H.264吸收了以往各种编码方案、特别是MPEG-2和H263++的优点，并在语法结构、编码预测算法、数据变换输出方式等方面进行了很多改进，性能得到了很大的提高。编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测、变换和反交换、量化和反量化、环路滤波、熵编码。H.264具有以下特点：低码流、高质量的图像、容错能力强、网络适应性强。

　　MPEG―1是MPEG组织制定的第一个视频和音频有损压缩标准。主要面向码率为15Mbps的视频信号的压缩编码，音频主要面向每通道64Kb/s、128Kb/s以及192Kb/s的数字音频信号的压缩。MPEG-1是为CD光碟介质定制的视频和音频压缩格式。MPEG-1采用了块方式的运动补偿、离散余弦变换(DCT)、量化等技术，并为12MbPS传输速率进行了优化。MPEG-1随后被VideoCD采用作为核心技术。另外，MPEG-1中设置了系统层和传送层。

　　MPEG―2制定于1994年，提供高级工业标准的图像以及更高的传输率是其设计目标，它是为HDTV和DVD等制定的3MbpS-10MbpS的运动图像及其伴音的编码标准。MPEG-2语法的主要特点包括：同时支持隔行扫描输入和逐行扫描输入；提供一个较广的范围改变压缩比，以适应不同画面质量、存储容量以及带宽的要求。MPEG-2根据视频编码技术的复杂度，将各类应用划分为不同的档次(Profile)和级别(level)，档次和级别的概念解决了比特流的可交换性和国际性。MPEG-2增加了可分级编码特性，允许从一个编码数据流中得到不同质量等级或不同时空分辨率的视频信号。

　　MPEG―4于2000年初正式成为国际标准。MPEG―4的设计目标就是提供低比特率下的多媒体通信。MPEG―4与之前的标准相比更适于交互AVS服务以及远程监控，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4的压缩方法可以根据应用需求选取合适的算法进行系统裁剪。

　　MPEG-7设计的目的就是解决海量的图像与声音信息、快速检索之间的矛盾。MPEG一7被称为多媒体内容描述接口。其目标就是产生一种描述多媒体内容数据的标准，满足实时、非实时以及推拉应用的需求。MPEG-7扩展现有标识内容的专用方案及有限的能力，包含更多的多媒体数据类型。MPEG-21设计的目标是将不同的协议、标准和技术等有机地融合在一起，同时制定新的标准，将这些不间的标准集成在一起。MPEG-21致力于为多媒体传输和使用定义一个标准化的、可互操作的和高度自动化的开放框架。MPEG-21的基本框架要素包括数字项目的识别和描述、内容表示、数字项目说明、内容管理与使用、知识产权管理和保护、终端、网络和事件报告等部分。

　　VC-1是微软开发的视频编解码系统。VC-1是基于WindowsMediaVideo9压缩技术的影像压缩标准。压缩技术整合了MPEG及H.264之优点，运动搜索的精度可达四分之一像素。VC-1只有4种运动补偿(MotionComposition)，压缩比无法胜过H.264。VC-1在压缩时间上，明显比H.264短了许多，复杂度约只有H.264的50%，对特效电影有很杰出的效能表现。