H.264/AVC视频压缩编码标准的新进展

图4 用于8×8空间亮度预测的样本

　　8×8正变换和逆变换都可以通过快速蝶形算法实现，对于n比特的输入视频，只需要(8+n)比特的运算动态范围。8×8变换蝶形算法的复杂度只略高于4×4变换。

　　新的变换同时要求相应的量化方法。FRExt在第一版的基础上做了扩展，与MPEG-2一样可以选择量化矩阵进行量化，而量化矩阵可以提高图像的主观质量。同时，CABAC也做了改进，增加了3个内容模型，而CAVLC把8×8的系数分为4组4×4的系数。

表1 FRExt中的二维8×8变换矩阵

　　须要指出的是，编码器可以对每一个宏块选择4×4或8×8变换，但变换尺寸的选择过程受到两种约束：(1)对于帧内预测，只有在采用8×8亮度块的预测时，选择8×8整数变换；(2)对于帧间预测，宏块中包含一个或多个小于8×8的块(4×8、8×4、4×4)，必须采用4×4整数变换。

高保真编码

　　在高类中，H.264/AVC对FRExt定义了特别的编码方案——支持无损编码和多种颜色格式。

　　(1)无损编码

　　为满足视频信号高保真的要求，H.264/AVC只在H444P类中引入了无损压缩编码方案。第一个是PCM方案，它没有预测、变换和量化，直接传送取样点的值以达到无损编码的目的；第二个是无变换的无损编码方案，运用预测与熵编码技术来表示图像高效无损，相对于第一个方案提高了编码效率。

　　(2)支持多种颜色格式

　　RGB与YCbCr相互之间的颜色转换使用的都是浮点运算，这必将引入舍入误差。为了消除在浮点运算中引入的舍入误差，H.264/AVC在支持RGB的同时引入了新的彩色空间YCgCo：

　　Y=1/2(G+(R+B)/2), Cg=1/2(G-(R+B)/2),Co=(R-B)/2

　　上面的公式减小了色彩空间转换的复杂度；但是，为了避免舍入误差，要求增加额外的比特以保持精确性。为了把这个额外比特降到1b，使用下面的公式：

　　Co=R-B，Cg=G-(B+(Co>>1))，Y=(B+(Co>>1))+Cg>>1)

压缩效率

　　从压缩效率上讲，H.264/AVC已经大大超过了以往的视频压缩标准，加入了FRExt之后，其在大尺寸、高保真等视频压缩方面更具优势。图5示出H.264/AVC FRExt与MPEG-2在HDTV图像主观评价方面的一个比较，H.264/AVC在不同的码率下压缩，而MPEG-2的压缩码率是24Mb/s，由此图可见8Mb/s的H.264/AVC FRExt与MPEG-2相当。

图5 H.264/AVC FRExt 与MPEG-2的性能比较

　　由于引入了基于空域的帧内预测技术，并且经过FRExt的改善，H.264/AVC的I帧与JPEG2000的编码效率相当，非常适合高质量的视频压缩应用。

小结

　　新一代视频压缩编码标准H.264/AVC的新进展——FRExt，相对于第一版标准扩展了视频源的采样格式与比特深度，加入了一些提高编码效率的工具。从而H.264/AVC进一步提高了编码效率，扩大了应用范围。

　　目前，高类已经代替主类而成为广播和其他娱乐应用的首选。主要原因是，它比起先前的主类只增加了极小的算法复杂度，却大大提高了压缩性能且编码器控制的灵活性。其中，H422P类可望在演播室环境中得以应用。在补充了FRExt之后，H.264/AVC被迅速推广到各种应用中，主要包括：欧洲数字视频广播标准DVB；美国先进电视系统委员会ATSC；DVD论坛的HD-DVD规范；蓝光光碟协会(BDA)的BD-ROM规范。