数字电视H．2 6 4编码技术分析及应用展望

0 引言
典型的数字电视系统是在发送端的数字电视节目源(主要由视频、音频等数据组成)先经过信源编码处理．得到压缩编码后的视频、音频码流，随后进行信源编码，需要辅助数据与控制数据的支持。信道编码实现检错、纠错功能，以提高数字电视传输信号的抗干扰能力，以便之适应信道传输特性，再进行载波调制以实现频谱搬移最后送入传输信道。目前数字视频领域，有两大制定视频编码标准的组织，它们是ITU-T与ISO／IEC。ITU-T制定的标准包括H．261、H．263、H．264，主要应用于实时视频通信领域，如会议电视。MPEG系列标准是由ISO／IEC制定的，主要应用于视频存储(VCD、DVD)、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。H．264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。

1 编码技术分析
1．1 帧内预测编码
帧内编码用来缩减图像的空间冗余。为了提高H．264帧内编码的效率，在给定帧中充分利用相邻宏块的空间相关性，相邻的宏块通常含有相似的属性。因此，在对一给定宏块编码时，首先可以根据周围的宏块预测(典型的是根据左上角的宏块，因为此宏块已经被编码处理)，然后对预测值与实际值的差值进行编码，这样，相对于直接对该帧编码而言，可以大大减小码率。如图l。

1．2 帧间预测编码
帧间预测编码利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。H．264的运动补偿支持以往的视频编码标准中的大部分关键特性。
(1)不同大小和形状的宏块分割
对每一个16×16像素宏块的运动补偿可以采用不同的大小和形状。
(2)高精度的亚像素运动补偿
在H．263中采用的是半像素精度的运动估计，而在H．264中可以采用1／4或者1／8像素精度的运动估值。在要求相同精度的情况下，H．264使用1／4或者1／8像素精度的运动估计后的残差要比H．263采用半像素精度运动估计后的残差来得小。这样在相同精度下，H．264在帧间编码中所需的码率更小。
(3)多帧预测
H．264提供可选的多帧预测功能，在帧间编码时，可选5个不同的参考帧，提供了更好的纠错性能，这样便可以改善视频图像质量。这一特性主要应用于以下场合：周期性的运动、平移运动、在两个不同的场景之间来回变换摄像机的镜头。
(4)去块滤波器
H．264定义了自适应去除块效应的滤波器，这可以处理预测环路中的水平和垂直块边缘，大大减少了方块效应。
1．3 熵编码
视频编码处理的最后一步就是熵编码，在H．264中采用熵编码方法有三种。第一种是Exp-Golomb码，它适用于除变换系数之外的所有其他系数。第二种是基于上下文的自适应变长编码(CAVLC)，它适用于变换系数。第三种是基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)。CAV-LC与CABAC根据相邻块的情况进行当前块的编码，以达到更好的编码效率。CABAC比CAVLC压缩数率高，但要复杂一些。