编解码学习笔记（六）：H.26x系列

部分资料来源与wiki以及http://www.365pr.net/tech_view.asp?id=315 。

H.26x有H.261,H.262， H.263, H.263v2以及H.264，H.261基本上已经不再使用。其中H.262和H.264已经在MPEG系列中介绍，他们分别对应MPEG2的第2部和MPEG-4的第10部。不在整理这方面的资料。

H.261

H.261其速率为64kbps的整数倍（1～30倍）。它最初是 针对在ISDN(综合业务数字网,Integrated Services Digital Network)上双向声像业务(特别是可视电话、视频会议)而设计的。

H.261是最早的运动图像压缩标准，它只对CIF和QCIF两 种图像格式进行处理，每帧图像分成图像层、宏块组(GOB)层、宏块(MB)层、块(Block)层来处理；并详细制定了视频编码的各个部分，包括运动补 偿的帧间预测、DCT(离散余弦变换)、量化、熵编码，以及与固定速率的信道相适配的速率控制等部分。实际的编码算法类似于MPEG算法，但不能与后者兼 容。H.261在实时编码时比MPEG所占用的CPU运算量少得多，此算法为了优化带宽占用量，引进了在图像质量与运动幅度之间的平衡折衷机制。也就是 说，剧烈运动的图像比相对静止的图像质量要差。因此这种方法是属于恒定码流可变质量编码。

H.261是第一个实用的数字视频编码标准。H.261的设计相当成功，之后的视频编码国际标准基本上都是基于H.261相同的设计框架，包括MPEG-1，MPEG-2／H.262，H.263，甚至 H.264。同样，H.261开发委员会（由Sakae Okubo领导，他的日文姓名是大久保荣）的基本的运作方式也被之后的视频编码标准开发组织所继承。H.261使用了混合编码框架，包括了基于运动补偿的帧间预测，基于离散余弦变换的空域变换编码，量化，zig-zag扫描和熵编码。

实际上H.261标准仅仅规定了如何进行视频的解码（后继的各个视频编码标准也继承了这种做法）。这样的话，实际上开发者在编码器的设计上拥有相当的自由来设计编码算法，只要他们的编码器产生的码流能够被所有按照H.261规范制造的解码器解码就可以了。编码器可以按照自己的需要对输入的视频进行任何预处理，解码器也有自由对输出的视频在显示之前进行任何后处理。去块效应滤波器是一个有效的后处理技术，它能明显的减轻因为使用分块运动补偿编码造成的块效应（马赛克）--在观看低码率视频（例如网站上的视频新闻）的时候我们都会注意到这种讨厌的效应。因此，在之后的视频编码标准如H.264中就把去块效应滤波器加为标准的一部分（即使在使用H.264 的时候，再完成解码后再增加一个标准外的去块效应滤波器也能提高主观视频质量）。

后来的视频编码标准都可以说是在H.261的基础上进行逐步改进，引入新功能得到的。现在的视频编码标准比起H.261来在各性能方面都有了很大的提高，这使得H.261成为了过时的标准，除了在一些视频会议系统和网络视频中为了向后兼容还支持H.261，已经基本上看不到使用H.261的产品了。但是这并不妨碍H.261成为视频编码领域一个重要的里程碑式的标准。

H.263

H.263最初设计为基于H.324的系统进行传输 （即基于公共交换电话网和其它基于电路交换的网络进行视频会议和视频电话）。后来发现H.263也可以成功的应用与H.323（基于RTP／IP网络的视频会议系统），H.320（基于综合业务数字网的视频会议系统），RTSP（流式媒体传输系统）和SIP（基于因特网的视频会议）。

基于之前的视频编码国际标准（H.261，MPEG-1和H.262／MPEG-2），H.263的性能有了革命性的提高。它的第一版于1995年完 成，在所有码率下都优于之前的H.261。 之后还有在1998 年增加了新的功能的第二版H.263+，或者叫H.263v2，以及在2000年完 成的第三版H.263++，即H.263v3。

H.263v2（通常也叫做H.263+或者1998年版H.263）是ITU-T H.263 视频编 码标准第二版的非正式名称。 它保持了原先版本H.263的所有技术，但是通过增加了几个附录显著的提高了编码效率并提供了其它的一些能力，例如增强了抵抗传输信道的 数据丢失的能力（Robustness）。H.263+ 项目于1997年底／1998年初完成（这取决于我们怎么定义"完成"）。

H.263v3：接下来一个被称为"H.263++" 的项目被随即推出，在H.263+的基础上增加了更多的新的功能。H.263++于2000年底完成。增加了下面的附录：

• Annex A - Inverse transform accuracy specification
• Annex B - Hypothetical Reference Decoder
• Annex C - Considerations for Multipoint
• Annex D - Unrestricted Motion Vector mode
• Annex E - Syntax-based Arithmetic Coding mode
• Annex F - Advanced Prediction mode
• Annex G - PB-frames mode
• Annex H - Forward Error Correction for coded video signal

在H.263之后，ITU-T（在与MPEG的合作下）的下一代视频编解码器是H.264，或者叫AVC以及MPEG-4第 10部分。由于H.264在性能上超越了H.263很多，现在通常认为H.263是一个过时的标准（虽然它的开发完成并不是很久以前的事情）。大多数新的视频会议产品都已经支持了H.264视频编解码器，就像以前支持H.263和H.261一样。

话虽然如此，H.263在3GPP中仍然占有很高的地位，后继修订的版本，包括运营商的标准一直保留着H.263，作为必选的要求，地位远远高于H.264，这是个奇怪的现象。一个重要的可能原因是H.263的编码比H.264的要轻载，在手机的modem中提供H.263的编解码能力，不提供H.264的编解码能力，或者只提供H.264的解码能力不提供编码能力，如果不是智能手机不能在主板的其他芯片（例如CPU）提供H.264的编解码能力，开发者就没什么办法，H.263可以通过软件来提供，H.264对处理能力的要求很高，目前需要依赖硬件能力提供。因此H.263仍然具有很大的市场，尤其对于小尺寸的手持设备，屏幕分辨率有限，高清无意义。

H.264

H.264等同于MPEG-4的第10部，在这里仍然收集资料进行学习记录。

在H.263之后，ITU-T（在与MPEG的合作下）的下一代视 频编解码器是H.264，或者叫AVC以 及MPEG-4第 10部分。由于H.264在性能上超越了H.263很多，现在通常认为H.263是一个过时的标准（虽然它的开发完成并不是很久以前的事情）。大多数新的视频会议产品都已经支持了H.264视频编解码器，就像以前支持H.263和H.261一样。

H.264／AVC可工作于多种速率，广泛应用于Internet／intranet上的多媒体流服务、视频点播、可视游戏、低码率移动多媒体通信(视频 手机等)、交互式多媒体应用、实时多媒体监控、数字电视与演播电视和虚拟视频会议等，大有在上述领域一统天下的趋势，有非常广泛的开发和应用前景。

H.264是一种视频高压缩技术，同时称为MPEG-4 AVC，或MPEG-4 Part10。ITU-T从1998年就H.26L的H.26S两个分组，H.26L研制节目时间较长的高压缩编码技术，H.26S则指短节目标准制订部 门。前面的H.263就是H.26S标准化技术，而H.264标准是在H.26L基础上发展而来的。为了不引起误解，ITU-T推荐使用H.264作为这 一标准的正式名称。H.264集中体现了当今国际视频编码解码技术的最新成果。在相同的重建图像质量下，H.264比其他视频压缩编码具有更高的压缩比、 更好的IP和无线网络信道适应性。

首先，H.264具备超高压缩率，其压缩率为MPEG-2的2 倍，MPEG-4的1.5倍。这样的高压缩率是以编码的大运算量来换取的，H.264的编码处理计算量有MPEG-2的十多倍。不过其解码的运算量并没有 上升很多。从CPU频率和内存的高速发展的角度来看，1995年推出MPEG-2时，主流的CPU是奔腾100，内存更是小的可怜。而如今主流CPU的工 作频率比那个时候快了30倍，内存扩大了50多倍。所以H.264编码的大运算现在也不算什么大问题了。

高压缩率使图像的数据量减少，给存储和传输带来了方便。加上基本规格公开的国际标准和公正的许可制度，所以，电视广播、家电和通信三大行业都进入到 H.264的实际运用研发中心。美国高等电视系统会议和日本无线电工业和事务协会都准备把H.264作为地面便携式数字电视广播的编码方式。欧洲数字电视 广播标准化团体也正在将H.264作为数字电视的一种编码方式来采用。

家电行业中的视频存储设备厂商也看中了H.264。东芝和NEC推出的下一代采用蓝色激光的光碟HD DVD-ROM，因为容量小于Sony等九大公司的蓝光碟，故将视频压缩编码改用H.264，从而使最终的节目录制时长能与蓝光碟相近。H.264也能使 HDTV节目录像和 SDTV的长时间录像成为可能。因而，生产LSI芯片的厂商也十分重视H.264。D9型DVD碟只有8.5GB，不足以存放2小时的HDTV节目，如用 H.264来压缩就变得有可能。同时，在通讯领域，互联网工程任务已开始将H.264作为实时传输协议流的格式进行标准化。互联网和手机的视频传送也会有 H.264作为编码方式。

相对于MPEG压缩编码H.264的变化之一是在帧内编码I画面中，又加入了帧内预测编码技术，即解码时可用周围数据的差分值来重构画面。在运动预测块中，H.264采用全面运动预测和I画面帧内预测后，编码量得到减少，但LSI的运算处理量增大。为此，H.264引入了DCT的简化处理技术，来减 轻LSI的负担，画质也有所改善。H.264与MPEG-2和MPEG-4的不同还存在于熵编码块中，H.264的熵编码CAVLC（内容自适应可变长度 码）和CABAC（内容自适应二进制算法编码）能提高纠错能力。而MPEG-2和MPEG-4是霍夫曼编码。另外，还加入了解锁滤波器 （Deblocking Filter），有降低噪声的效果。H.264的整数变换以4×4像素块为单位，已比原来的8×8像素块的块噪声少，再次降低，画质得到了进一步提高。

H.264标准分为三档：基本档次；主要档次（可用于SDTV、HDTV和DVD等）；以及扩展档次（用于网络的视频流）。其中H.264的基本档 次是免费，用户可以无偿使用，现得到美国苹果公司和美国Cisco系统公司、中国联想公司、诺基亚、美国On2技术公司、德国西门子、TI公司等的支持； 其许可体系要比MPEG-4单纯，公正无差别对待用户和专利持有者。H.264替代MPEG-4的呼声很高，除了其高性能外，低额专利费和公正的无差别许可制度也至关重要。由于技术的日益成熟，半导体厂商已在进行H.264的编码/解码LSI的开发。特别是HDD录像机和DVD录像机等设备中，采用 H.264的实例已很多，更引起了半导体厂商的关心。加之，H.264采用的动画编码方式和音频编码方式具有多样化特性，今后几乎将会是全部厂商的主要规 格之一。

编码效率比较

Codec	MPEG-4	H.263	MPEG-2
H.264	39%	49%	64%
MPEG-4	--	17%	43%
H.263	--	--	31%

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