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中图分类号TN0:文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0420010-01
近年来,随着我国通信网络基础设施的快速建设和经济的飞速发展,会议电视业务由于可以为处于两点或多点的与会者提供视音频和数据等多种信息,节省大量费用,提高工作效率而发展迅速,并有望成为下一代网络(NGN)的主要业务。H.264是由ITU-T和ISO两个组织的专家为实现视频的更高压缩比,更好的图像质量和良好的网络适应性而提出的新的视频编解码标准。
1 H.264标准应用于视频会议系统的优势
由于H.264在制定时就充分考虑了多媒体通信对视频编解码的各种要求,并借鉴了H系列和MPEG系列视频标准的研究成果,因而具有明显的优势。结合视频会议系统对视频编解码技术的要求,H.264的优势表现在以下三个方面:
1.1 压缩率和图像质量方面
H.264通过对传统的帧内预测、帧间预测、变换编码和熵编码等算法的改进来进一步提高编码效率和图像质量。
1)在运动估计时,可以灵活地选择块的大小。
2)1/4像素精度的运动估值。采用高精度运动估计会进一步减小帧间预测误差,减少了经变换和量化后的非O比特数,提高了编码效。
3)多参考帧运动估值。H.264打破了以往的限制,允许在Reference Buffer中的多个图像中选取一个(P)预测方式或两个(B)预测方式像作为参考图像,参考图像甚至可以是采用双向预测编码方式的图像。
4)参考图像的选取与其编码方式无关。允许选取与当前图像更加匹配的图像为参考图像进行预测,减小了预测误差,提高编码效率。
5)加权预测。允许编码器以一定的系数对运动补偿预测值进行加权,从而在一定的场景下可以提高图像质量。
6)Intra_4×4模式的帧间预测。在这种模式下,每个4×4块都可以利用其上方和左侧的17个最接近的像素进行预测。
7)循环内的消除块效应滤波器。与以往标准不同的是,H.264的消除块效应滤波器位于运动估计循环内部,可以利用消除块效应以后的图像去预测其它图像的运动,进一步提高预测精度。
1.2网络适应性方面
为了方便地在各种系统中灵活有效的应用H.264,H.264编解码系统定义了视频编码层VCL和网络提取层NAL。其中,VCL用于视频编解码,包括运动补偿,变换编码和熵编码等单元,NAL用于采用统一的格式对VCL视频数据的进行封装打包。
1.3 抗丢包和抗误码方面
在H.264中,参数集,片的使用,FMO,冗余片等关键技术的使用可以大大提高系统的抗丢包和抗误码性能。
1)参数集的使用。参数集及其灵活传送方式的使用本身会大大降低因关键的头信息丢失而造成错误发生的可能。
2)片(slice)的使用。在不使用FMO时,片是一系列宏块按照光栅扫描顺序的组合。片是独立的,当某一片不能正常解码时的空间视觉影响就会大大降低,而且片的头部还提供了重同步点。
3)FMO技术。通过FMO可以进一步提高片的差错恢复能力。通过片组(slice group)的使用,FMO改变了图像划分为片和宏块的方式。宏块到片组的映射定义了宏块属于哪一个片组。利用FMO技术,H.264定义了7种宏块扫描模式。
4)冗余片。这些冗余片可以是基本图像的一部分。冗余片和基本片可以采用不同的编码参数,当基本片丢失时,可以通过冗余片重构原图像。
此外,H.264还有帧内预测、数据划分、多参考帧运动估值等特性。
5)能在H.323系统中实现H.264。针对在H.323体系中应用,ITU-T制定了H.241标准。H.241标准定义了如何在原有的H.300系列终端间应用H.264视频编解码标准进行通信,废除了一些不再适合H.264使用的信令,重新定义了一些扩展信令来支持H.264,包括:如何在H.245能力协商过程中协商H.264能力,和RPT封装格式。
2 H.264标准在数字视频会议系统中的应用
为了说明H.264视频压缩标准在视频会议系统中的应用,本人设计了先进视频会议系统解决方案,具体建议解决方案如下:
2.1 系统提供的功能
1)行政会议、机构讨论、远程培训。
2)点对点会议、多点视频会议、同时召开多点会议、多组会议、多分屏会议功能。
3)控制方式至少包括主席控制、导演控制和语音激励控制。
4)支持混合速率、混合协议会议功能。
5)视频会议系统支持录播功能,亦可与会议室原有的功放、摄像头、调音台、视频及音频矩阵等多媒体设备综合使用。
2.2 设备配置
TANDBERG 公司是首先支持H.264的视频会议厂商,并且H.264的编码效率比原有的H.263方式提高了一倍,即H.264下的768K相当于H.263的1.5M图像效果,而且TANDBERG C2500 MXP终端产品完全支持ITU定义的H.264标准。TANDBERG C2500 MXP在使用H.264协议时最大支持2兆速率的呼叫,并可以和分屏显示、加密混合使用。
作为一种新的国际标准,H.264标志着在视频编码技术上的不断进步,它在编码效率、图像质量、网络亲和性和抗误码方面都取得了成功。但随着终端和网络的快速发展,对视频编解码的新要求在不断出现,H.264也仍在继续完善和发展。目前,对H.264的研究主要集中在如何进一步优化算法结构、降低处理时延、提高实时性和进一步提高图像质量上。目前,很多厂家都推出了使用H.264进行编解码的视频会议系统,大多数做到了在Baseline Profile上的互通。试验证明,H.264的图像质量较以往标准确实有很大的提高,尤其是在低码率的情况下。随着H.264自身的不断完善和视频通信的不断普及,相信H.264的应用将越来越广泛。
近年来,随着我国通信网络基础设施的快速建设和经济的飞速发展,会议电视业务由于可以为处于两点或多点的与会者提供视音频和数据等多种信息,节省大量费用,提高工作效率而发展迅速,并有望成为下一代网络(NGN)的主要业务。H.264是由ITU-T和ISO两个组织的专家为实现视频的更高压缩比,更好的图像质量和良好的网络适应性而提出的新的视频编解码标准。
1 H.264标准应用于视频会议系统的优势
由于H.264在制定时就充分考虑了多媒体通信对视频编解码的各种要求,并借鉴了H系列和MPEG系列视频标准的研究成果,因而具有明显的优势。结合视频会议系统对视频编解码技术的要求,H.264的优势表现在以下三个方面:
1.1 压缩率和图像质量方面
H.264通过对传统的帧内预测、帧间预测、变换编码和熵编码等算法的改进来进一步提高编码效率和图像质量。
1)在运动估计时,可以灵活地选择块的大小。
2)1/4像素精度的运动估值。采用高精度运动估计会进一步减小帧间预测误差,减少了经变换和量化后的非O比特数,提高了编码效。
3)多参考帧运动估值。H.264打破了以往的限制,允许在Reference Buffer中的多个图像中选取一个(P)预测方式或两个(B)预测方式像作为参考图像,参考图像甚至可以是采用双向预测编码方式的图像。
4)参考图像的选取与其编码方式无关。允许选取与当前图像更加匹配的图像为参考图像进行预测,减小了预测误差,提高编码效率。
5)加权预测。允许编码器以一定的系数对运动补偿预测值进行加权,从而在一定的场景下可以提高图像质量。
6)Intra_4×4模式的帧间预测。在这种模式下,每个4×4块都可以利用其上方和左侧的17个最接近的像素进行预测。
7)循环内的消除块效应滤波器。与以往标准不同的是,H.264的消除块效应滤波器位于运动估计循环内部,可以利用消除块效应以后的图像去预测其它图像的运动,进一步提高预测精度。
1.2网络适应性方面
为了方便地在各种系统中灵活有效的应用H.264,H.264编解码系统定义了视频编码层VCL和网络提取层NAL。其中,VCL用于视频编解码,包括运动补偿,变换编码和熵编码等单元,NAL用于采用统一的格式对VCL视频数据的进行封装打包。
1.3 抗丢包和抗误码方面
在H.264中,参数集,片的使用,FMO,冗余片等关键技术的使用可以大大提高系统的抗丢包和抗误码性能。
1)参数集的使用。参数集及其灵活传送方式的使用本身会大大降低因关键的头信息丢失而造成错误发生的可能。
2)片(slice)的使用。在不使用FMO时,片是一系列宏块按照光栅扫描顺序的组合。片是独立的,当某一片不能正常解码时的空间视觉影响就会大大降低,而且片的头部还提供了重同步点。
3)FMO技术。通过FMO可以进一步提高片的差错恢复能力。通过片组(slice group)的使用,FMO改变了图像划分为片和宏块的方式。宏块到片组的映射定义了宏块属于哪一个片组。利用FMO技术,H.264定义了7种宏块扫描模式。
4)冗余片。这些冗余片可以是基本图像的一部分。冗余片和基本片可以采用不同的编码参数,当基本片丢失时,可以通过冗余片重构原图像。
此外,H.264还有帧内预测、数据划分、多参考帧运动估值等特性。
5)能在H.323系统中实现H.264。针对在H.323体系中应用,ITU-T制定了H.241标准。H.241标准定义了如何在原有的H.300系列终端间应用H.264视频编解码标准进行通信,废除了一些不再适合H.264使用的信令,重新定义了一些扩展信令来支持H.264,包括:如何在H.245能力协商过程中协商H.264能力,和RPT封装格式。
2 H.264标准在数字视频会议系统中的应用
为了说明H.264视频压缩标准在视频会议系统中的应用,本人设计了先进视频会议系统解决方案,具体建议解决方案如下:
2.1 系统提供的功能
1)行政会议、机构讨论、远程培训。
2)点对点会议、多点视频会议、同时召开多点会议、多组会议、多分屏会议功能。
3)控制方式至少包括主席控制、导演控制和语音激励控制。
4)支持混合速率、混合协议会议功能。
5)视频会议系统支持录播功能,亦可与会议室原有的功放、摄像头、调音台、视频及音频矩阵等多媒体设备综合使用。
2.2 设备配置
TANDBERG 公司是首先支持H.264的视频会议厂商,并且H.264的编码效率比原有的H.263方式提高了一倍,即H.264下的768K相当于H.263的1.5M图像效果,而且TANDBERG C2500 MXP终端产品完全支持ITU定义的H.264标准。TANDBERG C2500 MXP在使用H.264协议时最大支持2兆速率的呼叫,并可以和分屏显示、加密混合使用。
作为一种新的国际标准,H.264标志着在视频编码技术上的不断进步,它在编码效率、图像质量、网络亲和性和抗误码方面都取得了成功。但随着终端和网络的快速发展,对视频编解码的新要求在不断出现,H.264也仍在继续完善和发展。目前,对H.264的研究主要集中在如何进一步优化算法结构、降低处理时延、提高实时性和进一步提高图像质量上。目前,很多厂家都推出了使用H.264进行编解码的视频会议系统,大多数做到了在Baseline Profile上的互通。试验证明,H.264的图像质量较以往标准确实有很大的提高,尤其是在低码率的情况下。随着H.264自身的不断完善和视频通信的不断普及,相信H.264的应用将越来越广泛。