新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)

前言

　　2003年3月，ITU-T/ISO的聯(lián)合項(xiàng)目組JVT發(fā)布了視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H．264／AVC，由于其優(yōu)越的壓縮比以及較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，。H．264／AVC獲得了日益廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步擴(kuò)大H．264標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍，使其適合應(yīng)用于高保真視頻壓縮，JVT于2004．年7月增加了重要擴(kuò)展FRExt部分；為了更好地適應(yīng)各種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和用戶終端的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用，ⅣT最終于2007年6月確定了基于H．264架構(gòu)擴(kuò)展的可伸縮編碼SVC標(biāo)準(zhǔn)。　　本書(shū)（第二版）正是在前版的基礎(chǔ)上修訂而成，根據(jù)視頻編碼技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展的要求，在修訂過(guò)程中主要考慮如下：完善和優(yōu)化H．264／AVC標(biāo)準(zhǔn)的基本技術(shù)的部分內(nèi)容，增加H．264視頻編碼傳輸及其在移動(dòng)通信中的應(yīng)用，增加H．264／AVC的新擴(kuò)展部分FRExt和SVC?！　”緯?shū)（第二版）的第8章為新增加的內(nèi)容，主要論述H．264視頻編碼傳輸及其在移動(dòng)通信中的應(yīng)用，討論了H．264在無(wú)線傳輸中的應(yīng)用和它的容錯(cuò)技術(shù)，并以中國(guó)移動(dòng)正在運(yùn)營(yíng)的“萬(wàn)花筒”業(yè)務(wù)為例，增加了H．264應(yīng)用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)以及移動(dòng)無(wú)線信道中的精確碼率控制算法，這一章由馬國(guó)強(qiáng)、王健編寫(xiě)。

內(nèi)容概要

　　H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)被稱為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)?！缎乱淮曨l壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)：H.264/AVC(第2版)》在介紹數(shù)字視頻和視頻編碼基本原理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)、編碼器原理、解碼器原理以及碼流的句法和語(yǔ)義。根據(jù)音視頻編碼技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的特點(diǎn)，還分別論述了H.264視頻編碼傳輸在移動(dòng)通信中的應(yīng)用、H.264的高保真范圍擴(kuò)展FRExt和H.264的可伸縮編碼SVC?！　　缎乱淮曨l壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)：H.264/AVC(第2版)》取材新穎、內(nèi)容全面，重點(diǎn)論述了H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，還介紹了已有的若干視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。《新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)：H.264/AVC(第2版)》可作為高等院校通信、廣播電視專業(yè)本科生教材或教學(xué)參考書(shū)，也可供該領(lǐng)域的碩士生、博士生深入研究參考，還可作為視頻技術(shù)、視頻服務(wù)領(lǐng)域廣大技術(shù)人員的必備參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論 11.1 信息化與視頻通信 11.1.1 什么是信息 11.1.2 什么是信息化 11.1.3 我國(guó)的信息化和視頻通信 21.2 視頻信息和信號(hào)的特點(diǎn) 21.2.1 直觀性 21.2.2 確定性 21.2.3 高效性 21.2.4 廣泛性 31.2.5 視頻信號(hào)的高帶寬性 31.3 視頻壓縮編碼的要求和可能性 31.3.1 視頻壓縮編碼的目標(biāo) 31.3.2 視頻壓縮的可能性 31.4 視頻壓縮編碼技術(shù)綜述 41.4.1 基本結(jié)構(gòu) 41.4.2 基于波形的編碼 51.4.3 基于內(nèi)容的編碼 51.4.4 立體(三維)視頻編碼 6參考文獻(xiàn) 6第2章 數(shù)字視頻 72.1 數(shù)字電視的基本概念 72.1.1 數(shù)字電視的優(yōu)越性 72.1.2 數(shù)字電視的PCM原理 82.2 數(shù)字電視信號(hào) 112.2.1 電視信號(hào)的時(shí)間和空間取樣 112.2.2 彩色空間 122.2.3 彩色電視取樣格式 122.2.4 數(shù)字電視信號(hào)的編碼參數(shù) 132.3 視頻信號(hào)的預(yù)處理 142.3.1 色彩插值(Color Interpolation) 142.3.2 色彩校正(Color Correction) 152.3.3 伽馬校正(Gamma Correction) 152.3.4 圖像增強(qiáng)(Image Enhancement) 172.3.5 白平衡(White Balance) 202.4 視頻質(zhì)量 222.4.1 主觀質(zhì)量的評(píng)定 222.4.2 客觀質(zhì)量的測(cè)量 22參考文獻(xiàn) 23第3章 視頻壓縮編碼的基本原理 243.1 預(yù)測(cè)編碼 243.1.1 預(yù)測(cè)編碼的基本概念 243.1.2 幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼 253.1.3 幀間預(yù)測(cè)編碼 293.1.4 運(yùn)動(dòng)估計(jì) 323.2 變換編碼 433.2.1 變換編碼的基本概念 433.2.2 K-L變換 443.2.3 離散余弦變換(DCT) 443.2.4 鋸齒形掃描和游程編碼 463.3 變換編碼與預(yù)測(cè)編碼的比較 473.4 熵編碼 473.4.1 變長(zhǎng)編碼 473.4.2 算術(shù)編碼 48參考文獻(xiàn) 49第4章 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 514.1 視頻編碼發(fā)展簡(jiǎn)史 514.2 H.261標(biāo)準(zhǔn) 514.2.1 圖像格式 524.2.2 H.261視頻編解碼器 534.3 H.263標(biāo)準(zhǔn) 564.3.1 H.263標(biāo)準(zhǔn)圖像格式 564.3.2 H.263視頻信源編碼算法 574.4 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn) 574.4.1 功能 574.4.2 圖像類型和編碼結(jié)構(gòu) 574.5 MPEG-2標(biāo)準(zhǔn) 584.5.1 MPEG-2編碼復(fù)用系統(tǒng) 584.5.2 MPEG-2檔次和級(jí)別 584.5.3 MPEG-2視頻編碼器 594.6 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn) 614.6.1 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成 614.6.2 基于VOP的視頻編碼 634.6.3 MPEG-4檔次和級(jí)別 664.7 JPEG標(biāo)準(zhǔn) 674.8 JPEG2000標(biāo)準(zhǔn) 694.8.1 JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的組成和特點(diǎn) 694.8.2 JPEG2000核心編解碼器 704.9 AVS標(biāo)準(zhǔn) 724.9.1 AVS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況 724.9.2 AVS視頻編碼及關(guān)鍵技術(shù) 72參考文獻(xiàn) 75第5章 H.264/AVC編碼器原理 765.1 概述 765.2 H.264/AVC編解碼器 775.2.1 H.264編解碼器特點(diǎn) 775.2.2 H.264編碼器 785.2.3 H.264解碼器 785.3 H.264/AVC的結(jié)構(gòu) 785.3.1 名詞解釋 785.3.2 檔次和級(jí) 795.3.3 編碼數(shù)據(jù)格式 795.3.4 參數(shù)圖像 815.3.5 片和片組 815.4 幀內(nèi)預(yù)測(cè) 835.4.1 4×4亮度預(yù)測(cè)模式 845.4.2 16×16亮度預(yù)測(cè)模式 865.4.3 8×8色度塊預(yù)測(cè)模式 865.4.4 幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的選擇和編碼 875.5 幀間預(yù)測(cè) 895.5.1 可變尺寸塊運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 895.5.2 運(yùn)動(dòng)矢量 905.5.3 MV預(yù)測(cè) 915.5.4 B片預(yù)測(cè) 925.5.5 加權(quán)預(yù)測(cè) 955.6 H.264的SP/SI幀技術(shù) 955.6.1 SP/SI幀的應(yīng)用 965.6.2 SP/SI幀的基本原理 985.6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和性能分析 1015.7 整數(shù)變換與量化 1035.7.1 整數(shù)變換 1035.7.2 量化 1065.7.3 DCT直流系數(shù)的變換量化 1085.8 CAVLC(基于上下文自適應(yīng)的可變長(zhǎng)編碼) 1095.8.1 熵編碼的基本原理 1095.8.2 CAVLC的基本原理 1105.8.3 CAVLC的上下文模型 1105.8.4 CAVLC的編碼過(guò)程 1105.8.5 CAVLC的解碼過(guò)程 1125.8.6 CAVLC編解碼過(guò)程實(shí)例 1145.8.7 CAVLC與UVLC比較 1155.9 CABAC(基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)熵編碼) 1175.9.1 自適應(yīng)算術(shù)編碼 1175.9.2 上下文模型 1205.9.3 對(duì)輸入流預(yù)編碼 1225.9.4 初始化 1235.9.5 結(jié)論 1235.10 碼率控制 1245.10.1 基于Lagrangian優(yōu)化算法的H.264編碼控制模型 1245.10.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和性能分析 1265.11 去方塊濾波 1295.11.1 去方塊濾波基本概念 1295.11.2 邊界分析 1305.11.3 濾波過(guò)程 1325.12 其余特征 1355.12.1 參考圖像的管理 1355.12.2 重排序 1355.12.3 隔行視頻 1355.12.4 數(shù)據(jù)分割片 1365.12.5 H.264傳輸 136參考文獻(xiàn) 137第6章 H.264的句法和語(yǔ)義 1406.1 句法 1406.1.1 句法元素的分層結(jié)構(gòu) 1406.1.2 句法的表示方法 1436.2 句法表 1456.3 語(yǔ)義 1586.3.1 NAL層語(yǔ)義 1586.3.2 序列參數(shù)集語(yǔ)義 1606.3.3 圖像參數(shù)集語(yǔ)義 1626.3.4 片頭語(yǔ)義 1646.3.5 參考圖像序列重排序的語(yǔ)義 1686.3.6 加權(quán)預(yù)測(cè)的語(yǔ)義 1696.3.7 參考圖像序列標(biāo)記(Marking)操作的語(yǔ)義 1696.3.8 片數(shù)據(jù)的語(yǔ)義 1706.3.9 宏塊層的語(yǔ)義 1716.3.10 宏塊預(yù)測(cè)的語(yǔ)義 1756.3.11 子宏塊預(yù)測(cè)的語(yǔ)義 1756.3.12 用CAVLC方式編碼的殘差數(shù)據(jù)的語(yǔ)義 1766.3.13 用CABAC方式編碼的殘差數(shù)據(jù)的語(yǔ)義 1766.4 總結(jié) 177參考文獻(xiàn) 177第7章 H.264/AVC解碼器的原理和實(shí)現(xiàn) 1797.1 解碼器原理 1797.2 NAL單元 1807.2.1 NAL單元結(jié)構(gòu) 1807.2.2 NAL單元解碼過(guò)程 1807.3 圖像序列號(hào)的計(jì)算 1817.3.1 圖像序列號(hào)(POC) 1817.3.2 POC類型為0的POC計(jì)算 1837.3.3 POC類型為1的POC計(jì)算 1837.3.4 POC類型為2的POC計(jì)算 1857.4 宏塊片組映射圖的產(chǎn)生 1867.5 片數(shù)據(jù)分割的解碼 1887.6 參考圖像列表的初始化 1897.6.1 圖像序號(hào)的計(jì)算 1897.6.2 參考圖像列表的初始化 1897.6.3 參考幀列表的重排序 1937.7 解碼的參考圖像的標(biāo)記過(guò)程 1957.7.1 frame_num不連續(xù)的解碼過(guò)程 1967.7.2 參考圖像滑窗標(biāo)記過(guò)程 1967.7.3 參考圖像的自適應(yīng)內(nèi)存控制標(biāo)記過(guò)程 1977.8 幀內(nèi)預(yù)測(cè) 1997.8.1 4×4亮度塊預(yù)測(cè)方式的推導(dǎo) 1997.8.2 4×4亮度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼方式 2007.8.3 16×16亮度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)方式 2047.8.4 8×8色度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)方式 2057.9 幀間預(yù)測(cè)解碼處理 2077.9.1 MV分量及參考索引獲取 2087.9.2 幀間預(yù)測(cè)像素解碼處理 2107.10 變換系數(shù)解碼 2167.10.1 變換系數(shù)逆掃描過(guò)程 2177.10.2 DCT變換系數(shù)中直流系數(shù)的逆變換量化 2177.10.3 殘差變換系數(shù)的反量化 2197.10.4 殘差變換系數(shù)的逆DCT變換 2197.10.5 去方塊濾波前的圖像恢復(fù)與重建 2197.11 SP片中的P宏塊和SI片中的SI宏塊的解碼過(guò)程 2207.11.1 主SP片中P宏塊的解碼過(guò)程 2207.11.2 輔SP/SI片的解碼過(guò)程 221參考文獻(xiàn) 223第8章 H.264視頻編碼傳輸及其在移動(dòng)通信中的應(yīng)用 2248.1 概述 2248.2 H.264/AVC在無(wú)線通信中的傳輸 2248.2.1 H.264/AVC在無(wú)線通信中的應(yīng)用 2248.2.2 H.264分層傳輸結(jié)構(gòu) 2258.2.3 H.264分組交換業(yè)務(wù)傳輸協(xié)議棧 2268.3 H.264視頻編碼的容錯(cuò)技術(shù) 2278.3.1 H.264的視頻編碼層的錯(cuò)誤恢復(fù) 2288.3.2 H.264的網(wǎng)絡(luò)提取層的錯(cuò)誤恢復(fù) 2298.4 移動(dòng)無(wú)線信道中的精確碼率控制算法 2328.4.1 宏塊能量的提取 2328.4.2 與宏塊能量相結(jié)合，在宏塊級(jí)別分配碼率 2348.4.3 計(jì)算編碼量化參數(shù)Qp 2348.5 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中多媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì) 2358.5.1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)核心平臺(tái) 2358.5.2 編轉(zhuǎn)碼系統(tǒng) 2368.5.3 設(shè)計(jì)流分發(fā)服務(wù)器 2368.5.4 客戶端 2388.5.5 系統(tǒng)小結(jié) 238參考文獻(xiàn) 238第9章 高質(zhì)量視頻編碼 2419.1 H.264+與H.265 2419.1.1 視頻編碼的需求 2419.1.2 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用簡(jiǎn)史 2419.1.3 H.264+和H.265最近研究方向 2419.1.4 H.265主要特征與KTA 2429.1.5 H.265的幾個(gè)方向性課題 2449.2 H.264的高保真范圍擴(kuò)展FRExt 2449.2.1 引言 2449.2.2 自適應(yīng)分塊 2459.2.3 空間域的殘差變換 2469.2.4 幀內(nèi)預(yù)測(cè)方法 2469.2.5 基于視覺(jué)的量化縮放矩陣 2479.2.6 色度空間的殘差色度變換 2479.2.7 無(wú)失真宏塊模式 2479.2.8 FRExt的測(cè)試結(jié)果 2479.3 本章結(jié)論 248參考文獻(xiàn) 248第10章 H.264的可伸縮編碼SVC 24910.1 概述 24910.2 SVC的基本原理 25010.2.1 傳統(tǒng)可伸縮編碼 25110.2.2 精細(xì)粒度可伸縮編碼 25310.2.3 漸進(jìn)精細(xì)粒度可伸縮編碼 25310.3 H.264的SVC 25410.3.1 空域可伸縮性 25510.3.2 時(shí)域可伸縮性 25710.3.3 質(zhì)量可伸縮性 25910.3.4 H.264的擴(kuò)展 26010.4 性能與分析 262參考文獻(xiàn) 263縮略語(yǔ) 266附錄一 CAVLC相關(guān)碼表 270附錄二 CABAC相關(guān)碼表 275附錄三 H.264檔次和級(jí) 283

章節(jié)摘錄

　　1．1信息化與視頻通信　　本書(shū)在討論視頻編碼之前，先簡(jiǎn)要介紹一些與信息化有關(guān)的問(wèn)題，研討當(dāng)前信息社會(huì)背景，然后討論信息化與視頻通信的關(guān)系。　　1．1．1什么是信息眾所周知，人類社會(huì)的三大支柱是物質(zhì)、能量和信息。具體而言，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的支柱是物質(zhì)，工業(yè)現(xiàn)代化的支柱是能量，而信息化的支柱是信息?！　V義地講，信息就是客觀世界的描述和分析，它無(wú)所不在、無(wú)時(shí)不在，具有廣泛性和通用性，這是信息的一個(gè)特性。信息沒(méi)有重量，沒(méi)有長(zhǎng)度，具有抽象性，但它確實(shí)存在，這是信息的另一個(gè)特性?！　⌒畔⒌牡谌齻€(gè)特性是無(wú)限性。例如，關(guān)于物質(zhì)的信息，物質(zhì)具有無(wú)限的不可分性，物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，下面還有中子、質(zhì)子、電子、中微子等；關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò)的信息，為了增加通信容量，最初一對(duì)電話線只能通一路電話，后來(lái)利用N-ISDN技術(shù)，可在一對(duì)電話線上同時(shí)通兩路電話，以后又發(fā)展B-ISDN、ATM、IP、MPLS，直到今天，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仍在不斷地發(fā)展，應(yīng)該說(shuō)，它具有無(wú)限性。

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