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ITU-T的H.26x視頻壓縮編碼技術介紹

瀏覽:6385  來源:通信人在線  日期:2007-06-15
 

我們知道,面對面的交流是一種最直接、最生動、最直觀的交流方式,人們在傾聽對方語音的同時,還能隨時感受到來自對方臉部表情、動作、情緒的變化。人們總希望在雙方通信時能看到對方的容貌,看到對方表情、動作的變化。“百聞不如一見”深刻地揭示圖像、視頻通信的重要性。圖像通信、視頻通信一直是人類所追求的目標。1964年,貝爾實驗室研制出最早的可視電話Picture Phone MOD -I,并在美國紐約國際博覽會上展出,傳送黑白靜止硬拷貝圖像,圖像和話音采用分時傳送。20世紀70年代,在匹茲堡和芝加哥間開始用于商業服務,采用Picture Phone MOD -II,提供黑白靜止或活動的點對點電視會議業務。這是最早的模擬圖像通信例子。在20世紀80年代初,日本制訂了可視電話的TTC標準,在模擬電話網上傳送黑白靜止圖像,顯示屏清晰度100×1005~6s傳送1幅圖像。盡管傳輸速度較慢、圖像質量較差,但畢竟是滿足第一個可視電話標準TTC的圖像通信設備。20世紀70年代初和80年代初的這兩次發展高潮,由于視頻壓縮技術、IC技術、國際標準和市場需求等各方面的原因未能持續,在隨后的相當長一段時間里,圖像、視頻通信的發展比較緩慢。

到了20世紀90年代,計算機技術、信息技術和網絡技術迅速發展,進入了數字化、信息化時代。圖像、視頻編碼技術得到快速發展,圖像通信走出實驗室進入實用化,同時圖像、視頻編碼技術的應用也逐漸開展。如視頻會議、可視電話、視頻監控、視頻存儲的需求市場不斷強勁,制定視頻編碼國際標準的條件日臻成熟,數字圖像視頻通信進入了一個快速發展時期。

199010月,國際電報電話咨詢委員會(CCITTConsultative Committee on International Telegraphs and Telephones)首先通過了用于視頻會議、可視電話的H.261標準,稱為“p×64kbit/s視聽業務的視頻編解碼器”,其中p的范圍是1~30,覆蓋了整個窄帶ISDN基群信道速率,H.261標準的制定和頒布為各種視頻通信產品的國際間互通提供了保證。此后,CCITT又制訂了H.320系列標準,對視頻會議系統的性能指標、壓縮算法、信息結構、控制命令、規程和組建電視會議網的原則作了完整的規定,促進了視頻會議的健康發展。

實際上,H.261標準的制定和頒布,可以認為是視頻壓縮編碼技術發展的一個里程碑,是過去幾十年來視頻編碼技術研究成果的結晶。在此后的一系列國際標準中,如H.26xMPEG-x,都采用了H.261的編碼算法框架:基于運動補償的幀間預測和DCT變換相結合的混合編碼方法,即通過幀間預測減少時域冗余,通過DCT變換減少空域冗余。這種混合編碼方法具有壓縮比高、算法復雜度低的優點,在視頻通信中得到廣泛的應用。

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為了提高H.261圖像質量和傳輸幀頻,能在更低碼率的信道上傳輸,1992年由CCITT改組的國際電信聯盟電報電話通信部門(ITU-TInternational Telecommunications Union for Telegraphs and Telephones Sector),于19954月公布了用于低碼率的視頻編碼標準草案,即H.263草案,19965月正式頒布H.263國際標準,稱為“低比特率通信視頻編碼”。它與H.261標準相比,提高了編碼效率,能保證在可接受的視頻質量前提下允許比p×64kbit/s更低的信道碼率。

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之后在19981ITU-T推出了H.263標準的第二版本H. 263 +,它提供了12個新的可協商模式和其他特征,進一步提高了壓縮編碼性能。如H.263只有5種視頻源格式,H.263+允許使用更多的源格式,圖像形狀和時鐘頻率也有多種選擇,拓寬了應用范圍;另一重要的改進是可擴展性,它允許多顯示率、多速率及多分辨率,增強了視頻信息在易誤碼、易丟包異構網絡環境下的傳輸,增強了應用的靈活性。在200011月又推出了第三版本,稱為H.263++,新增加了3個高級模式。H.263標準版本的升級,使其應用范圍進一步擴大,壓縮效率、抗誤碼能力以及重建圖像的主觀質量等均得到了提高。

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在修改H.263的同時,ITU-T推出了一個長期的研究計劃,于1998年著手開始征集制定低比特率的視頻通信新標準,即H.26L標準(L表示長期Long的意思),它提供比先前的ITU-T標準更為有效的視頻壓縮。結果在H.26L標準的基礎上與ISO/MPEG一起研究推出了高級視頻編碼(Advanced Video Coding)標準,于2003年公布,ITU-T稱之為H.264MPEG稱之為MPEG-4 Part10,全稱為H.264/MPEG-4 Part10。它仍然是采用傳統的混合編碼框架,但編碼效率得到了極大的提高它允許在Internet中以1Mbit/s的速率傳送電視質量的視頻信號,它可以使8 MHz的模擬帶寬中容納兩倍于MPEG-2編碼的數字電視頻道,它使無線視頻通信成為可能,它對傳統的數字媒體存儲技術也將產生巨大的影響。20053月發布ITU-T又發布了H.264v2版本。

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