視音頻編解碼技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)

一、 視音頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織及其壓縮標(biāo)準(zhǔn)介紹

國(guó)際上有兩個(gè)負(fù)責(zé)視音頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)化組織，一個(gè)是VCEG(Video code Expert Group)，是國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)下的視頻編碼專家組，一個(gè)是MPEG(Motion Picture Expert Group)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織下的運(yùn)動(dòng)圖象專家組。這兩個(gè)視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)化組織都對(duì)視音頻的編解碼做出了非常重要的貢獻(xiàn)：一是推動(dòng)視音頻編碼技術(shù)的發(fā)展，一是推動(dòng)視音頻編解碼的應(yīng)用。

視音頻編解碼涉及很多項(xiàng)視頻和音頻處理技術(shù)，每一項(xiàng)技術(shù)的改進(jìn)都對(duì)視音頻編碼做出貢獻(xiàn)，但作為一套完整、高效的編碼方案，需要集中全人類在視音頻編解碼方面的最新智慧。個(gè)人或公司的研究成果，都希望被標(biāo)準(zhǔn)化組織，其經(jīng)濟(jì)回報(bào)是標(biāo)準(zhǔn)使用許可權(quán)費(fèi)。

這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的相關(guān)編碼標(biāo)準(zhǔn)都獲得了廣泛的應(yīng)用，VCEG制定的標(biāo)準(zhǔn)有H.261(被國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)選定為電視會(huì)議的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn))、 H.262(該標(biāo)準(zhǔn)同MPEG-2完全一樣，是VCEG同MPEG組成的聯(lián)合編碼專家組JVT制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，VCEG發(fā)布的是H.262，MPEG發(fā)布的是MPEG-2)、H.263(該標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)選定為可視電話的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，有增強(qiáng)型版本H.263+、H.263++)、H.264(該標(biāo)準(zhǔn)是2002年5月VCEG為新一代交互式視頻通訊制定的標(biāo)準(zhǔn))。MPEG名氣要大得多，制定的標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、 MPEG-7和MPEG-21 ，MPEG-1壓縮標(biāo)準(zhǔn)為VCD所采納，MPEG-2的壓縮標(biāo)準(zhǔn)為DVD采納，MPEG-4是為交互式多媒體通訊制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，MPEG-7是為互聯(lián)網(wǎng)視頻檢索制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

VCEG制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.26X都是針對(duì)單一矩形視頻對(duì)象，其追求的是更高的壓縮效率。MPEG-4在目前之所以很熱，是因?yàn)镸PEG-4是基于多個(gè)視音頻對(duì)象的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，這非常適合于互聯(lián)網(wǎng)上的多媒體應(yīng)用。在互聯(lián)網(wǎng)上傳播的多媒體信息，很多是可以劃分為多個(gè)視頻對(duì)象的，如電腦制作的動(dòng)畫節(jié)目、電視新聞節(jié)目等，而在實(shí)時(shí)視頻圖象編碼中，在一個(gè)圖象矩形框中很難實(shí)時(shí)識(shí)別多個(gè)視頻對(duì)象，還是把一個(gè)視頻源當(dāng)作一個(gè)矩形視頻對(duì)象進(jìn)行編碼。

VCEG在97年發(fā)布H.263的壓縮標(biāo)準(zhǔn)后，制定了短期開發(fā)計(jì)劃H.26N和長(zhǎng)期開發(fā)計(jì)劃H.26L，H.26N發(fā)展成H.263+和H.263++，H.26L經(jīng)過5年時(shí)間的發(fā)展，在2002年5月作為H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行發(fā)布。

MPEG在VCEG發(fā)布H.263之后，發(fā)布了MPEG-4 SP(即MPEG-4第一板)，在該版本中引入了兩個(gè)非常重要的概念：一個(gè)是一個(gè)視頻源多個(gè)視音頻對(duì)象編碼，一個(gè)是碼流傳輸異常處理(特別是無線傳輸應(yīng)用)。從這里可以看出，VCEG致力于高效率的視頻編碼技術(shù)，MPEG更側(cè)重系統(tǒng)和框架。

在2001年第四季度，VCEG H.26L發(fā)展到TML9.0時(shí)，MPEG同VCEG再次組成聯(lián)合聯(lián)合視頻編碼專家組JVT，對(duì)H.26L的算法進(jìn)行了改進(jìn)和完善，在2003年5月 VCEG發(fā)布了H.264的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG在JVT對(duì)H.26L壓縮算法修改的基礎(chǔ)上，將該技術(shù)規(guī)范納入到MPEG-4的標(biāo)準(zhǔn)中，作為MPEG-4 PART10發(fā)布，即MPEG-4的第三版，MPEG-4 AVC。H.264和MPEG-4 AVC代表了全人類在視音頻編解碼方面的最新成果。

針對(duì)單一矩形視頻對(duì)象，MPEG-4 AVC比MPEG-4第二版MPEG-4 ACE的壓縮效率提高30%以上。

二、 H.264與MPEG-4 PART10的技術(shù)說明

同以前的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.263++和MPEG-4 ACE相比，H.264與MPEG-4 PART10采用了一些新的算法，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、運(yùn)動(dòng)搜索

a、引入多參考幀

引入多達(dá)5個(gè)參考幀。

b、多種BLOCK形狀

有16*16、16*8、8*16、8*8、8*4、4*8、4*4七種BLOCK形狀。

c、運(yùn)動(dòng)搜索精度更高

1/2象素精度搜索采用了6階濾波器，搜索精度有很大提高。也引入了1/4象素精度搜索和1/8象素精度搜索。

2、殘余編碼

a、 采用整型4*4 DCT變換

b、 量化技術(shù)改進(jìn)

c、 采用DE-BLOCK技術(shù)

d、 SP幀技術(shù)

這些技術(shù)的改變，一方面提高了壓縮效率，另一方面運(yùn)算強(qiáng)度大幅提高，大大地提高了實(shí)現(xiàn)的難度。

三、 重慶勁浪科技有限公司開發(fā)的視音頻數(shù)字化產(chǎn)品

海康威視從2000年5月進(jìn)入視音頻編解碼這個(gè)行業(yè)，就緊跟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的視音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的步伐，特別是在MPEG-4、H.26L等標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過程中，扮演實(shí)現(xiàn)者的角色，首先是在PC平臺(tái)上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)壓縮標(biāo)準(zhǔn)所描述的視音頻編解碼。但PC平臺(tái)上的應(yīng)用，屬于商業(yè)化軟件的范疇，我們更適合做電子產(chǎn)品，在 DSP上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品的可靠性，才有更大的實(shí)用價(jià)值。

從一個(gè)視音頻編解碼模型，到一個(gè)實(shí)用的視音頻編解碼軟件，要做大量的工作，從運(yùn)算強(qiáng)度而言，要降低100倍以上。

重慶勁浪科技有限公司在數(shù)字化視音頻編解碼方面做了大量的工作，主要成果在以下幾個(gè)方面：

1、 在PC(P4 1.4GHz)平臺(tái)上完成了MPEG-4 ACE的編碼和解碼;

2、 在PC(P4 1.4GHz))平臺(tái)上完成了H.264的編碼和解碼;

3、 在PHILIPS公司的DSP PNX1301(166MHz主頻)上完成了MPEG-4 ACE的編碼和解碼(CIF或QCIF分辨率);

4、 在PHILIPS公司的DSP PNX1301(180MHz)上完成了H.264的編碼和解碼(CIF或QCIF分辨率);

5、 在PHILIPS公司的DSP PNX1302(200MHz)上完成了H.264的編碼和解碼(2CIF分辨率);

6、 在EQUATOR公司的DSP BSP-15-350(350MHz)上完成了MPEG-4 AVC的編解碼(2CIF分辨率)。

其中，在PHILIPS公司的DSP PNX1301上完成了MPEG-4 ACE的編碼和解碼技術(shù)，應(yīng)用在DS-400XM壓縮板卡上，在國(guó)內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。

在推出DS-400XM壓縮板卡之后，又推出基于H.264壓縮技術(shù)的DS-400XH系列(CIF分辨率)和DS-400XH+系列(2CIF分辨率)。

四、結(jié)束語

重慶勁浪科技有限公司是一家致力于研究視音頻編解碼核心技術(shù)、開發(fā)和生產(chǎn)自主數(shù)字視音頻壓縮產(chǎn)品的專業(yè)公司，作為國(guó)內(nèi)在視頻處理器(DSP)上開發(fā)視頻編碼軟件的先驅(qū)，在多款視頻視頻處理器(DSP)上進(jìn)行了不懈的嘗試，已經(jīng)取得了非常有意義的進(jìn)展，目前推出的DS-400XH和DS- 400XH+兩個(gè)系列的產(chǎn)品，代表了監(jiān)控類數(shù)字視音頻編碼產(chǎn)品邁向更低碼率、更高分辨率的發(fā)展方向。