新一代视频压缩编码标准H.264.pdf 前言..........................

文件名称: 新一代视频压缩编码标准H.264.pdf

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详细说明：前言.....................................................................................................................................................2 第1 章绪论...................................................................................................................................9 1.1 信息化与视频通信........................................................................................................................9 1.1.1 什么是信息............................................................................................... ..............................9 1.1.2 什么是信息化.........................................................................................................................9 1.1.3 我国的信息化和视频通信....................................................................................................9 1.2 视频信息和信号的特点.............................................................................................................10 1.2.1 直观性.................................................................................................................................10 1.2.2 确切性.................................................................................................................................10 1.2.3 高效性.................................................................................................................................10 1.2.4 广泛性.................................................................................................................................10 1.2.5 视频信号的高带宽性..........................................................................................................10 1.3 视频压缩编码要求和可能性.....................................................................................................11 1.3.1 视频压缩编码目标..............................................................................................................11 1.3.2 视频压缩的可能性..............................................................................................................11 1.4 视频压缩编码技术综述.............................................................................................................12 1.4.1 基本结构..............................................................................................................................12 1.4.2 基于波形的编码..................................................................................................................12 1.4.3 基于内容的编码..................................................................................................................13 1.4.4 三维（立体）视频编码......................................................................................................13 参考文献...........................................................................................................................................14 第2 章数字视频.................................................................................................................................15 2.1 数字电视的基本概念.................................................................................................................15 2.1.1 数字电视的优越性..............................................................................................................15 2.1.2 数字电视的PCM 原理.......................................................................................................16 2.2 数字电视信号.............................................................................................................................18 2.2.1 电视信号的时间和空间取样..............................................................................................18 2.2.2 彩色空间..............................................................................................................................19 2.2.3 彩色电视取样格式..............................................................................................................19 2.2.4 数字电视信号的编码参数..................................................................................................20 2.3 视频信号的预处理.....................................................................................................................21 2.3.1 色彩插值（Color Interpolation） .......................................................................................21 2.3.2 色彩校正（Color Correction）...........................................................................................22 2.3.3 伽马校正（Gamma Correction） .......................................................................................23 2.3.4 图像增强（Image Enhancement） .....................................................................................24 2.3.5 白平衡（White Balance） ..................................................................................................27 2.4 视频质量....................................................................................................................................29 2.4.1 主观质量的评定..................................................................................................................29 2.4.2 客观质量的测量..................................................................................................................29 参考文献...........................................................................................................................................31 第3 章视频压缩编码的基本原理..................................................................................................32 3.1 预测编码....................................................................................................................................32 3.1.1 预测编码的基本概念..........................................................................................................32 3.1.2 帧内预测编码......................................................................................................................33 3.1.3 帧间预测编码......................................................................................................................37 3.1.4 运动估计..............................................................................................................................41 3.2 变换编码....................................................................................................................................54 3.2.1 变换编码的基本概念..........................................................................................................54 3.2.2 K-L 变换............................................................................................................................54 3.2.3 离散余弦变换DCT.............................................................................................................55 3.2.4 锯齿形扫描和游程编码......................................................................................................57 3.3 变换编码与预测编码的比较.....................................................................................................58 3.4 熵编码........................................................................................................................................59 3.4.1 变长编码..............................................................................................................................59 3.4.2 算术编码..............................................................................................................................59 参考文献...........................................................................................................................................62 第4 章视频编码标准简介..................................................................................................................63 4.1 视频编码发展简史......................................................................................................................63 4.2 H.261 标准..................................................................................................................................63 4.2.1 图像格式..............................................................................................................................63 4.2.2 H.261 视频编解码器............................................................................................................64 4.3 H.263 标准..................................................................................................................................68 4.3.1 H.263 标准图像格式............................................................................................................68 4.3.2 H.263 视频信源编码算法....................................................................................................69 4.4 MPEG-1 标准...............................................................................................................................69 4.4.1 功能.....................................................................................................................................69 4.4.2 图像类型和编码结构..........................................................................................................69 4.5 MPEG-2.......................................................................................................................................70 4.5.1 MPEG-2 编码复用系统.......................................................................................................70 4.5.2 档次和级别..........................................................................................................................71 4.5.3 MPEG-2 视频编码器...........................................................................................................72 4.6 JPEG 标准...................................................................................................................................73 参考文献...........................................................................................................................................76 第5 章 MPEG-4 压缩编码标准..........................................................................................................77 5.1 MPEG4 标准概述........................................................................................................................77 5.1.1 MPEG-4 标准特性...............................................................................................................77 5.1.2 AVO 及数据结构..................................................................................................................77 5.2 MPEG-4 标准构成.......................................................................................................................78 5.2.1 系统.....................................................................................................................................78 5.2.2 音频.....................................................................................................................................80 5.2.3 视频.....................................................................................................................................80 5.2.4 网格动画..............................................................................................................................84 5.2.5 其余.....................................................................................................................................85 5.3 MPEG-4 编码技术.......................................................................................................................85 5.3.1 形状编码..............................................................................................................................85 5.3.2 可扩展性编码......................................................................................................................87 5.3.3 sprite 编码..........................................................................................................................90 5.3.4 视频系统合成......................................................................................................................91 5.4 MPEG-4 档次和级.......................................................................................................................93 参考文献...........................................................................................................................................96 第6 章H.264/AVC 编码器原理...........................................................................................................97 6.1 H.264/AVC 的应用......................................................................................................................97 6.2 H.264/AVC 编解码器..................................................................................................................98 6.2.1 H.264 编解码器特点............................................................................................................98 6.2.2 H.264 编码器........................................................................................................................98 6.2.3 H.264 解码器........................................................................................................................99 6.3 H.264/AVC 的结构......................................................................................................................99 6.3.1 名词解释..............................................................................................................................99 6.3.2 档次和级..............................................................................................................................99 6.3.3 编码数据格式....................................................................................................................100 6.3.4 参数图像.............................................................................................................................102 6.3.5 片和片组............................................................................................................................102 6.4 帧内预测..................................................................................................................................104 6.4.1 4×4 亮度预测模式..............................................................................................................105 6.4.2 16×16 亮度预测模式..........................................................................................................107 6.4.3 8×8 色度块预测模式..........................................................................................................109 6.4.4 信号化帧内预测模式........................................................................................................109 6.5 帧间预测..................................................................................................................................110 6.5.1 树状结构运动补偿............................................................................................................110 6.5.2 运动矢量............................................................................................................................ 111 6.5.3 MV 预测.............................................................................................................................113 6.5.4 B 片预测.............................................................................................................................114 6.5.5 加权预测.............................................................................................................................117 6.6 H.264 的SP/SI 帧技术（SP 片或SI 宏块的P 宏块） ...........................................................117 6.6.1 SP/SI 帧的应用...................................................................................................................118 6.6.2 SP/SI 帧的基本原理...........................................................................................................120 6.6.3 实验结果和性能分析........................................................................................................123 6.7 整数变换与量化.......................................................................................................................124 6.7.1 整数变换............................................................................................................................125 6.7.2 量化...................................................................................................................................129 6.7.3 DCT 直流系数的变换量化................................................................................................131 6.8 CAVLC(基于上下文自适应的可变长编码).............................................................................132 6.8.1 熵编码的基本原理.............................................................................................................132 6.8.2 CAVLC 的基本原理...........................................................................................................133 6.8.3 CAVLC 的上下文模型.......................................................................................................133 6.8.4 CAVLC 的编码过程...........................................................................................................133 6.8.5 CAVLC 解码过程...............................................................................................................135 6.8.6 CAVLC 编解码过程实例...............................................................................................138 6.8.7 CAVLC 与UVLC 比较.................................................................................................139 6.9 CABAC(基于上下文的自适应二进制算术熵编码) ................................................................141 6.9.1 自适应算术编码................................................................................................................141 6.9.2 上下文模型........................................................................................................................144 6.9.3 对输入流预编码................................................................................................................146 6.9.4 初始化...............................................................................................................................147 6.9.5 结论...................................................................................................................................147 6.10 码率控制................................................................................................................................148 6.10.1 基于Lagrangian 优化算法的H.264 编码控制模型.......................................................148 6.10.2 实验结果和性能分析......................................................................................................151 6.11 去方块滤波.............................................................................................................................153 6.11.1 去方块滤波基本概念......................................................................................................154 6.11.2 边界分析..........................................................................................................................155 6.11.3 滤波过程..........................................................................................................................157 6.12 其余特征................................................................................................................................160 6.12.1 参考图像管理..................................................................................................................160 6.12.2 重排序..............................................................................................................................160 6.12.3 隔行视频..........................................................................................................................161 6.12.4 数据分割片......................................................................................................................162 6.12.5 H.264 传输........................................................................................................................162 参考文献.........................................................................................................................................164 第7 章 H.264 的句法和语义...........................................................................................................166 7.1 句法..........................................................................................................................................166 7.1.1 句法元素的分层结构.........................................................................................................166 7.1.2 句法的表示方法.................................................................................................................169 7.2 句法表.......................................................................................................................................170 7.3 语义..........................................................................................................................................189 7.3.1 NAL 层语义.......................................................................................................................190 7.3.2 序列参数集语义................................................................................................................192 7.3.3 图像参数集语义................................................................................................................194 7.3.4 片头语义.............................................................................................................................196 7.3.5 参考图像序列重排序的语义.............................................................................................201 7.3.6 加权预测的语义.................................................................................................................202 7.3.7 参考图像序列标记 (marking)操作的语义.......................................................................203 7.3.8 片数据的语义....................................................................................................................204 7.3.9 宏块层的语义....................................................................................................................205 7.3.10 宏块预测的语义..............................................................................................................210 7.3.11 子宏块预测的语义...........................................................................................................211 7.3.12 用CAVLC 方式编码的残差数据的语义.......................................................................213 7.3.13 用CABAC 方式编码的残差数据的语义......................................................................213 7.4 总结...........................................................................................................................................213 参考文献.........................................................................................................................................214 第8 章 H.264/AVC 解码器的原理和实现....................................................................................215 8.1 解码器原理...............................................................................................................................215 8.2 NAL 单元..................................................................................................................................216 8.2.1 NAL 单元结构....................................................................................................................216 8.2.2 NAL 单元解码过程............................................................................................................216 8.3 图像序列号（PICTURE ORDER COUNT）的计算.......................................................................217 8.3.1 图像序列号（POC） .........................................................................................................217 8.3.2 POC 类型为0 的POC 计算..............................................................................................219 8.3.3 POC 类型为1 的POC 计算..............................................................................................220 8.3.4 POC 类型为2 的POC 计算..............................................................................................221 8.4 宏块片组映射图的产生...........................................................................................................221 8.5 片数据分割的解码...................................................................................................................223 8.6 参考图像列表的初始化...........................................................................................................224 8.6.1 图像序号的计算................................................................................................................224 8.6.2 参考图像列表的初始化....................................................................................................225 8.6.3 参考帧列表的重排序........................................................................................................228 8.7 解码的参考图像的标记过程...................................................................................................230 8.7.1 frame_num 不连续的解码过程.........................................................................................231 8.7.2 参考图像滑窗标记过程....................................................................................................231 8.7.3 参考图像的自适应内存控制标记过程............................................................................231 8.8 帧内预测..................................................................................................................................233 8.8.1 4x4 亮度块预测方式的提取...........................................................................................234 8.8.2 4x4 亮度块的帧内预测编码方式...................................................................................235 8.8.3 16x16 亮度块的帧内预测方式.......................................................................................240 8.8.4 8x8 色度块的帧内预测方式...........................................................................................243 8.9 帧间预测解码处理...................................................................................................................245 8.9.1 MV 分量及参考索引获取.................................................................................................246 8.9.2 帧间预测像素解码处理....................................................................................................248 8.10 变换系数解码.........................................................................................................................254 8.10.1 变换系数逆扫描过程......................................................................................................255 8.10.2 DCT 变换系数中直流系数的逆变换量化......................................................................256 8.10.3 残差变换系数的反量化..................................................................................................258 8.10.4 残差变换系数的逆DCT 变换........................................................................................258 8.10.5 去方块滤波前的图像恢复与重建..................................................................................258 8.11 SP 片中的P 宏块和SI 片中的SI 宏块的解码过程..............................................................259 8.11.1 主SP 片中P 宏块的解码过程.......................................................................................259 8.11.2 辅SP/SI 片的解码过程...................................................................................................261 参考文献.........................................................................................................................................263 第9 章 H.264 视频编码传输的QOS..............................................................................................264 9.1 互联网视频传输QOS...............................................................................................................264 9.1.1 错误恢复在视频通信中的重要性和实现途径................................................................264 9.1.2 基于块的混合视频编码框架............................................................................................265 9.1.3 视频通信中提高QoS 的抗误码和错误恢复技术...........................................................266 9.2 无线网视频传输QOS...............................................................................................................271 9.2.1 无线视频通信系统............................................................................................................271 9.2.2 无线信道编码和错误控制................................................................................................272 9.2.3 无线视频通信的应用........................................................................................................276 9.2.4 H.264 无线通信中传输结构..............................................................................................277 9.2.5 无线视频传输的鲁帮性研究.............................................................................................278 9.3 H.264 视频编解码标准的错误恢复......................................................................................279 9.3.1 H.264 的视频编码层的错误恢复......................................................................................279 9.3.1 H.264 的网络提取层的错误恢复......................................................................................281 参考文献.........................................................................................................................................284 ...展开收缩

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