JH8001型H.264編解碼實驗系統(tǒng)本系統(tǒng)的先進(jìn)性： 基體方案的先性：本系統(tǒng)是采用基于ARM9內(nèi)核的嵌入式開發(fā)系統(tǒng)。具有啟動快，安全穩(wěn)定性能高。而內(nèi)部的操作系統(tǒng)采用的開源的LINUX系統(tǒng)，所有內(nèi)容均自主掌握，不會出現(xiàn)系統(tǒng)本身無法涉及的場所。 主要技術(shù)的先進(jìn)：本系統(tǒng)的是基于最新的視頻編碼技術(shù)H.264研制開發(fā)的。H.264是現(xiàn)今公認(rèn)最好的視頻編碼技術(shù)。最主要技術(shù)特點和介紹附后。 核心芯片的先進(jìn)性：本系統(tǒng)中核心芯片采用雙核合一的系統(tǒng)芯片。其一個為目前公認(rèn)最好的應(yīng)用于嵌入式開發(fā)的ARM9內(nèi)核，一個為支持D1下25幀（NTSC為30幀）H.264編碼的內(nèi)核。雙核合一保證了系統(tǒng)中編碼和系統(tǒng)的無縫銜接。又減少了成本，更可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。 附屬芯片的先進(jìn)性：本系統(tǒng)周邊的元器件均選用當(dāng)前國際上比較先進(jìn)成熟的芯片。如視頻AD芯片，IDE芯片及網(wǎng)卡芯片等。這些芯片都經(jīng)過嚴(yán)格的性能和穩(wěn)定測定，更加保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本系統(tǒng)的主要技術(shù)特點： 本系統(tǒng)具有針對性：系統(tǒng)中嚴(yán)格按照高校的教學(xué)應(yīng)用開發(fā)的，其特別有針對性的將在教學(xué)中需要向?qū)W生講述的內(nèi)容用設(shè)備來表現(xiàn)出來，增加學(xué)生的理解。為了保證針對性，系統(tǒng)的技術(shù)主要負(fù)責(zé)人由從事多年圖像系統(tǒng)教學(xué)的人員擔(dān)當(dāng)。 本系統(tǒng)具有擴(kuò)展性：系統(tǒng)中對于教學(xué)暫時不需要的部分也留有相應(yīng)的接口，便于以后的擴(kuò)充和補(bǔ)加。 本系統(tǒng)可以充分體現(xiàn)H.264標(biāo)準(zhǔn)的基本檔次、主要檔次、和擴(kuò)展檔次。 本系統(tǒng)中所在參數(shù)均可以讀出和更改，讓學(xué)生對于主要技術(shù)的理解更加容易體現(xiàn)。 附：H.264介紹 JVT（JointVideoTeam，視頻聯(lián)合工作組）于2001年12月在泰國Pattaya成立。它由ITU-T和ISO兩個國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的有關(guān)視頻編碼的專家聯(lián)合組成。JVT的工作目標(biāo)是制定一個新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)視頻的高壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性等目標(biāo)。目前JVT的工作已被ITU-T接納，新的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)稱為H.264標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)也被ISO接納，稱為AVC（AdvancedVideoCoding）標(biāo)準(zhǔn)，是MPEG-4的第10部分。 H.264標(biāo)準(zhǔn)可分為三檔：　　基本檔次（其簡單版本，應(yīng)用面廣）；　　主要檔次（采用了多項提高圖像質(zhì)量和增加壓縮比的技術(shù)措施，可用于SDTV、HDTV和DVD等）；　　擴(kuò)展檔次（可用于各種網(wǎng)絡(luò)的視頻流傳輸）。H.264不僅比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率，而且對網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的編碼機(jī)制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸。H.264具有較強(qiáng)的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴(yán)重的無線信道中的視頻傳輸。H.264支持不同網(wǎng)絡(luò)資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩(wěn)的圖像質(zhì)量。H.264能適應(yīng)于不同網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸，網(wǎng)絡(luò)親和性好?！　∫?、H.264視頻壓縮系統(tǒng)H.264標(biāo)準(zhǔn)壓縮系統(tǒng)由視頻編碼層（VCL）和網(wǎng)絡(luò)提取層（NetworkAbstractionLayer，NAL）兩部分組成。VCL中包括VCL編碼器與VCL解碼器，主要功能是視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼和解碼，它包括運動補(bǔ)償、變換編碼、熵編碼等壓縮單元。NAL則用于為VCL提供一個與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的統(tǒng)一接口，它負(fù)責(zé)對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝打包后使其在網(wǎng)絡(luò)中傳送，它采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，包括單個字節(jié)的包頭信息、多個字節(jié)的視頻數(shù)據(jù)與組幀、邏輯信道信令、定時信息、序列結(jié)束信號等。包頭中包含存儲標(biāo)志和類型標(biāo)志。存儲標(biāo)志用于指示當(dāng)前數(shù)據(jù)不屬于被參考的幀。類型標(biāo)志用于指示圖像數(shù)據(jù)的類型。VCL可以傳輸按當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)情況調(diào)整的編碼參數(shù)?！　《?、H.264的特點H.264和H.261、H.263一樣，也是采用DCT變換編碼加DPCM的差分編碼，即混合編碼結(jié)構(gòu)。同時，H.264在混合編碼的框架下引入了新的編碼方式，提高了編碼效率，更貼近實際應(yīng)用。H.264沒有繁瑣的選項，而是力求簡潔的 回歸基本 ，它具有比H.263++更好的壓縮性能，又具有適應(yīng)多種信道的能力。H.264的應(yīng)用目標(biāo)廣泛，可滿足各種不同速率、不同場合的視頻應(yīng)用，具有較好的抗誤碼和抗丟包的處理能力。H.264的基本系統(tǒng)無需使用版權(quán)，具有開放的性質(zhì)，能很好地適應(yīng)IP和無線網(wǎng)絡(luò)的使用，這對目前因特網(wǎng)傳輸多媒體信息、移動網(wǎng)中傳輸寬帶信息等都具有重要意義?！　”M管H.264編碼基本結(jié)構(gòu)與H.261、H.263是類似的，但它在很多環(huán)節(jié)做了改進(jìn)，現(xiàn)列舉如下。1．多種更好的運動估計　　高精度估計　　在H.263中采用了半像素估計，在H.264中則進(jìn)一步采用1/4像素甚至1/8像素的運動估計。即真正的運動矢量的位移可能是以1/4甚至1/8像素為基本單位的。顯然，運動矢量位移的精度越高，則幀間剩余誤差越小，傳輸碼率越低，即壓縮比越高。　　在H.264中采用了6階FIR濾波器的內(nèi)插獲得1/2像素位置的值。當(dāng)1/2像素值獲得后，1/4像素值可通過線性內(nèi)插獲得，　　對于4:1:1的視頻格式，亮度信號的1/4像素精度對應(yīng)于色度部分的1/8像素的運動矢量，因此需要對色度信號進(jìn)行1/8像素的內(nèi)插運算?！　±碚撋希绻麑⑦\動補(bǔ)償?shù)木仍黾右槐叮ɡ鐝恼袼鼐忍岣叩?/2像素精度），可有0.5bit/Sample的編碼增益，但實際驗證發(fā)現(xiàn)在運動矢量精度超過1/8像素后，系統(tǒng)基本上就沒有明顯增益了，因此，在H.264中，只采用了1/4像素精度的運動矢量模式，而不是采用1/8像素的精度?！　《嗪陦K劃分模式估計　　在H.264的預(yù)測模式中，一個宏塊（MB）可劃分成7種不同模式的尺寸，這種多模式的靈活、細(xì)微的宏塊劃分，更切合圖像中的實際運動物體的形狀，于是，在每個宏塊中可包含有1、2、4、8或16個運動矢量。多參數(shù)幀估計　　在H.264中，可采用多個參數(shù)幀的運動估計，即在編碼器的緩存中存有多個剛剛編碼好的參數(shù)幀，編碼器從其中選擇一個給出更好的編碼效果的作為參數(shù)幀，并指出是哪個幀被用于預(yù)測，這樣就可獲得比只用上一個剛編碼好的幀作為預(yù)測幀的更好的編碼效果。2．小尺寸4?4的整數(shù)變換　　視頻壓縮編碼中以往的常用單位為8?8塊。在H.264中卻采用小尺寸的4?4塊，由于變換塊的尺寸變小了，運動物體的劃分就更為精確。這種情況下，圖像變換過程中的計算量小了，而且在運動物體邊緣的銜接誤差也大為減少?！　‘?dāng)圖像中有較大面積的平滑區(qū)域時，為了不產(chǎn)生因小尺寸變換帶來的塊間灰度差異，H.264可對幀內(nèi)宏塊亮度數(shù)據(jù)的16個4?4塊的DCT系數(shù)進(jìn)行第二次4?4塊的變換，對色度數(shù)據(jù)的4個4?4塊的DC系數(shù)（每個小塊一個，共4個DC系數(shù)）進(jìn)行2?2塊的變換。H.263不僅使圖像變換塊尺寸變小，而且這個變換是整數(shù)操作，而不是實數(shù)運算，即編碼器和解碼器的變換和反變換的精度相同，沒有 反變換誤差 。3．更精確的幀內(nèi)預(yù)測　　在H.264中，每個4?4塊中的每個像素都可用17個最接近先前已編碼的像素的不同加權(quán)和來進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測。4．統(tǒng)一的VLCH.264中關(guān)于熵編碼有兩種方法?！　〗y(tǒng)一的VLC（即UVLC：UniversalVLC）。UVLC使用一個相同的碼表進(jìn)行編碼，而解碼器很容易識別碼字的前綴，UVLC在發(fā)生比特錯誤時能快速獲得重同步?！　?nèi)容自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼（CABAC：ContextAdaptiveBinaryArithmeticCoding）。其編碼性能比UVLC稍好，但復(fù)雜度較高。　　三、性能優(yōu)勢H.264與MPEG-4、H.263++編碼性能對比采用了以下6個測試速率：32kbit/s、10F/s和QCIF；64kbit/s、15F/s和QCIF；128kbit/s、15F/s和CIF；256kbit/s、15F/s和QCIF；512kbit/s、30F/s和CIF；1024kbit/s、30F/s和CIF。測試結(jié)果標(biāo)明，H.264具有比MPEG和H.263++更優(yōu)秀的PSNR性能。H.264的PSNR比MPEG-4平均要高2dB，比H.263++平均要高3dB?！　∷?、新的快速運動估值算法　　新的快速運動估值算法UMHexagonS（中國專利）是一種運算量相對于H.264中原有的快速全搜索算法可節(jié)約90％以上的新算法，全名叫 非對稱十字型多層次六邊形格點搜索算法 （Unsymmetrical-CrossMuti-HexagonSearch） ，這是一種整像素運動估值算法。由于它在高碼率大運動圖像序列編碼時，在保持較好率失真性能的條件下，運算量十分低，已被H.264標(biāo)準(zhǔn)正式采納。ITU和ISO合作發(fā)展的H.264（MPEG-4Part10）有可能被廣播、通信和存儲媒體（CDDVD）接受成為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，最有可能成為寬帶交互新媒體的標(biāo)準(zhǔn)。我國的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，密切關(guān)注H.264的發(fā)展，制定我國的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)的工作正在加緊進(jìn)行。H264標(biāo)準(zhǔn)使運動圖像壓縮技術(shù)上升到了一個更高的階段，在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264的應(yīng)用亮點。H.264的推廣應(yīng)用對視頻終端、網(wǎng)守、網(wǎng)關(guān)、MCU等系統(tǒng)的要求較高，將有力地推動視頻會議軟、硬件設(shè)備在各個方面的不斷完善。