H.264/AVC視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的新進(jìn)展

　　H .264/AVC是由ISO/IEC與ITU-T組成的聯(lián)合視頻組(JVT)制定的新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，于2003年5月完成制訂。相對(duì)于先前的標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC無(wú)論在壓縮效率、還是在網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性方面都有明顯的提高，因此，業(yè)界普遍預(yù)測(cè)其將在未來(lái)的視頻應(yīng)用中替代現(xiàn)有的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

　　但是，H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)由于對(duì)視頻源的限制，僅支持娛樂(lè)級(jí)視頻質(zhì)量。為了進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，使其適應(yīng)高保真視頻壓縮的應(yīng)用，JVT于2004年7月對(duì)H.264/AVC做了重要的補(bǔ)充擴(kuò)展，稱為FRExt(Fidelity Range Extensions)。

FRExt概述

　　H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)第一版支持的源圖像為每象素8b，且采樣方式僅限于4∶2∶0；而新近擴(kuò)展的FRExt部分則擴(kuò)大了標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍，如專業(yè)級(jí)的視頻應(yīng)用、高分辨率/高保真的視頻壓縮等。FRExt對(duì)H.264/AVC的改善主要在：(1)進(jìn)一步引入一些先進(jìn)的編碼工具，提高了壓縮效率；(2)視頻源的每個(gè)樣值均可超過(guò)8b，最高可達(dá)12b；(3)增加了4∶2∶2與4∶4∶4的采樣格式；(4)更高的比特率，更高的圖像分辨率；(5)可達(dá)到圖像高保真的要求，支持無(wú)損壓縮；(6)支持RGB格式的壓縮，同時(shí)避免了色度空間轉(zhuǎn)換的舍入誤差。

圖1 FRExt 編碼工具

　　FRExt增加了4個(gè)新的類：(1)High Profile(HP)，支持8b、4∶2∶0采樣；(2)High 10 Profile(Hi10P)，支持10b、4∶2∶0采樣；(3)High 4∶2∶2 Profile(H422P)，支持10b、4∶2∶2采樣；(4)High 4∶4∶4 Profile (H444P)，支持12b、4∶4∶4采樣、無(wú)損編碼與多種色彩空間的編碼。

　　H.264/AVC FRExt詳細(xì)說(shuō)明了一組4個(gè)新的類，它們?nèi)缤阅艿那短鬃蛹粯颖粍?chuàng)立。這4個(gè)類全都繼承了主類的工具集，就像它們的公共交集；而高類(HP)還額外地包含了所有能夠提高編碼效率的主要的新工具。相對(duì)于主類(MP)，這些工具在算法復(fù)雜度上只是稍有提高。因此，在數(shù)字視頻應(yīng)用中，在4∶2∶0色度采樣格式中使用8b視頻的高類有可能代替主類。

　　增加了高類之后，H.264/AVC各類的關(guān)系如圖2所示，具體所包含的編碼工具如下：

圖2 H.264 各個(gè)類的關(guān)系

　　1.所有類的共同部分：I片、P片、CAVLC；

　　2.基本類(Baseline)：FMO、ASO、冗余片；

　　3.主類(Main)：B片、加權(quán)預(yù)測(cè)、CABAC、隔行編碼；

　　4.擴(kuò)展類(Extended)：包含基本類的所有部分(FMO、ASO、冗余片)、SP片、SI片、數(shù)據(jù)分割、B片、加權(quán)預(yù)測(cè)；

　　5.高類(High)：包含主類的所有部分(B片、加權(quán)預(yù)測(cè)、CABAC、隔行編碼)、自適應(yīng)變換塊尺寸(4×4或8×8整數(shù)變換)、量化矩陣。
FRExt增加的關(guān)鍵算法

　　FRExt之所以能進(jìn)一步提高編碼效率及保真度，是因?yàn)榧尤肓艘恍┯行У木幋a工具。其中大部分是在取樣點(diǎn)比特深度和色度格式方面；而在提高編碼效率方面，主要是利用8×8的亮度幀內(nèi)預(yù)測(cè)、4×4變換及8×8變換、量化矩陣等技術(shù)。