一、簡介

　　H.264是ITU-T以H.26x系列為名稱命名的標準之一，同時AVC是ISO/IEC MPEG一方的稱呼。這個標準通常被稱之為H.264/AVC（或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4 AVC或MPEG-4/H.264 AVC）而明確的說明它兩方面的開發(fā)者。該標準早來自于ITU-T的稱之為H.26L的項目的開發(fā)。H.26L這個名稱雖然不太常見，但是一直被使用著。JVT于2003年5月完成H.264基本部分標準制定工作，包含Baselineprofile、Extended profile和Main profile,分別包括不同的編碼工具，如表1所示。

　　H.264是一種高性能的視頻編解碼技術。目前國際上制定視頻編解碼技術的組織有兩個，一個是"國際電聯(lián)（ITU-T）",它制定的標準有H.261、H.263、H.263+等，另一個是"國際標準化組織（ISO）"它制定的標準有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。而H.264則是由兩個組織聯(lián)合組建的聯(lián)合視頻組（JVT）共同制定的新數(shù)字視頻編碼標準，所以它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4視頻編碼（Advanced Video Coding,AVC），而且它將成為MPEG-4標準的第10部分。因此，不論是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10,還是ISO/IEC 14496-10,都是指H.264.

　　在2004年7月，JVT又完成了H.264FRExt（即：FidelityRangeExtensions）擴展部分（Amendment）的制定工作，包括High profile（HP）、High 10 profile（Hi10P）、High 4:2:2 profile（Hi422P）、High 4:4:4 profile（Hi444P） 4個profile.此外，JVT于2005年1月開始進行H.264的一個新擴展部分分層編碼SVC的標準制定工作，計劃于2006年底完成。本文主要介紹H.264 FRExt中的主要技術點及其應用情況。

　　JVT（Joint Video Team），聯(lián)合視頻編碼組。JVT的組成成員主要來自ISO/IEC組織的MPEG小組以及來自ITU組織的VCEG小組。JVT編碼組的形成是在視頻壓縮標準的研討過程形成的。在2001年6月，經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)，H.26L編碼技術基本能夠滿足MPEG的標準需求，因此MPEG中的成員和VCEG中的成員組成了一個新的小組，叫做Joint Video Team,來推動和管理H.26L的標準化開發(fā)。

　　JVT 近完成了一個對原標準的拓展，該拓展被稱為高拓展（Fidelity Range Extensions, FRExt）。該拓展通過支持更高的像素（包括10位元和12位元像素）和支持更高的色度抽樣率（包括YUV 4:2:2和YUV 4:4:4）來支持更高的視頻編碼。該拓展加入了一些新的特性（比如自適應的4x4和8x8的整數(shù)變換，用戶自定義量化加權矩陣，高效的幀間無失真編碼，支持新增的色度空間和色度參差變換）。該拓展的設計于2004年7月完成，草案也于2004年9月完成。由于該標準的早版本于2003年5月完成，JVT已經(jīng)完成了一輪對標準的勘誤工作，新一輪的勘誤也已于近完成并且得到了ITU-T的批準，不久也將被MPEG批準。

　　二、FRExt技術特點

　　1.FRExt4個profile

　　H.264Baselineprofile、Extendedprofile和Main profile都是針對8位樣本數(shù)據(jù)、4:2:0格式的視頻序列，F(xiàn)RExt將其擴展到8~12位樣本數(shù)據(jù)，視頻格式可以為4:2:0、4:2:2、4:4:4,設立了High profile（HP）、High 10 profile（Hi10P）、High 4:2:2 profile（Hi422P）、High 4:4:4 profile（Hi444P） 4個profile,這4個profile都以Main profile為基礎，并且為逐漸擴展的包含關系，其所包含的編碼工具和相互關系如表2所示。

　　2.變換方法

　　由于FRExt針對高分辨率的視頻圖象，因此，為了得到更好的編碼效率，在FRExt里增加了一種整數(shù)8%8變換方法，變換矩陣為：

　　其計算為（8+n）位，其中輸入視頻樣本為n位。該變換方法可以通過蝶形方式快速實現(xiàn)，其計算復雜度比H.264中的4%4變換方法稍多一點，見表3所示。 

　　在編碼過程中，對于每個宏塊MB編碼器選擇采用4%4變換還是8%8變換，但是，對于幀間宏塊，如果采用8%8子劃分方式（即采用4%8、8%4、4%4模式），則亮度分量采用4%4變換方法；而對于幀內(nèi)宏塊，如果亮度分量采用8%8預測方法，則亮度分量采用8%8變換方法。

　　3.幀內(nèi)預測方法

　　在H.264基本部分中，有16%16和4%4兩種預測模式，前者包括4個預測方向，后者包括9個預測方向，F(xiàn)RExt增加8%8預測模式，包括與4%4類似的9個預測方向，并且，8%8預測還增加了對參考樣本點的預濾波處理過程，即在預測前對參考樣本點進行低通濾波處理。

　　4.量化方法

　　類似于MPEG-2,FRExt量化方法采用了基于感知的量化因子矩陣，包括針對幀內(nèi)和幀間塊的兩種類型矩陣。該方法不以提高客觀質(zhì)量（如PSNR值）為目標，而以提高主觀質(zhì)量為考慮點。

　　5.熵編碼方法

　　與4%4類似，F(xiàn)RExt中8%8掃描方式也包括zig-zag和場掃描兩種掃描方式。FRExt對CABAC編碼的上下文模型（contextmodels）進行了擴展。

　　6.色度空間

　　與以前的視頻編碼標準一樣，H.264基本部分是按照YCbCr色度空間進行編碼的，其轉換方法為：

　　例如，可取KR=0.2126,KB=0.0722.

　　FRExt采用了一種新的色度空間YCgCo,其變換方法為：

　　YCgCo可以減少轉換過程的計算復雜度、提高編碼效率。

　　7.無損編碼

　　在H.264基本部分里，通過PCM宏快模式可以支持無損編碼或者對某一區(qū)域進行無損編碼。在PCM宏快模式里，樣本值將直接進行編碼，而不需要進行預測、變換和量化。FRExt采用了更為有效的無損編碼方法，不進行變換，但對樣本值采用預測和熵編碼的方法。

　　三、FRExt編碼性能和應用分析

　　經(jīng)測試，就高清視頻編碼來說，在相同配置情況下，Highprofile（HP）可以比Mainprofile（MP）節(jié)省10%的碼流量，比MPEG-2MP節(jié)省60%的碼流量。就單色靜止圖象壓縮來說，當采用全幀內(nèi)編碼（INTRA）模式時，H.264 HP可以比JPEG-2000平均提高0.5dB.幾個具體測試數(shù)據(jù)可以參見圖1、圖2和圖3.

　　由于H.264FRExt（Highprofile）具有更好的編碼性能，因此，自從JVT完成H.264FRExt標準制定工作后，原來采用H.264 Main profile的應用（例如，高清電視、HD-DVD等）都傾向于采用High profile,例如，DVB在TS 101 154 和TS 102 005中采用HP為衛(wèi)星、光纜和地面廣播中的視頻標準，DVD論壇的HD-DVD規(guī)定HP為每一個解碼器的強制標準之一，藍光標準協(xié)會（Blu-Ray Disc Association）BDA在其BD規(guī)范中規(guī)定HP為每一個解碼器的強制標準之一?？梢灶A見，H.264 FRExt（High profile）標準將會在高清視頻應用領域獲得廣泛的應用。

　　四、結束語

　　針對不同的應用領域，H.264視頻標準提供了Baseline、Extended、Main、High、High10、High4:2:2和High4:4:4一共7個profile,其中Baseline profile已經(jīng)應用于3GPP、會議電視、可視電話等實時通信領域，Main profile已經(jīng)應用于ISMA等流媒體領域，High profile已經(jīng)應用于DVB、HD-DVD等廣電和存儲領域。