H.264視頻壓縮原理

從信息論觀點(diǎn)來(lái)看，圖像作為一個(gè)信源，描述信源的數(shù)據(jù)是信息量(信源熵)和信息冗余量之和。信息冗余量有許多種，如空間冗余、時(shí)間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識(shí)冗余、視覺(jué)冗余等，數(shù)據(jù)壓縮實(shí)質(zhì)上是減少這些冗余量?？梢?jiàn)冗余量減少可以減少數(shù)據(jù)量而不減少信源的信息量。從數(shù)學(xué)上講，圖像可以看作一個(gè)多維函數(shù)，壓縮描述這個(gè)函數(shù)的數(shù)據(jù)量實(shí)質(zhì)是減少其相關(guān)性。

根據(jù)圖像信息的組成元素，H.264采用了幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)估值和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、整數(shù)變換等方式，以提高對(duì)圖像的壓縮率。其中幀內(nèi)預(yù)測(cè)是H.264根據(jù)圖像中相鄰像素可能相同的性質(zhì)，利用相鄰像素的相關(guān)性，采用新的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，通過(guò)當(dāng)前像素塊的左邊和上邊的像素(已編碼重建的像素)進(jìn)行預(yù)測(cè)，只對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差值進(jìn)行編碼，從而能用較少的比特?cái)?shù)來(lái)表達(dá)幀內(nèi)編碼的像素塊信息；而幀間預(yù)測(cè)通過(guò)多幀參考和更小運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)區(qū)域等方法對(duì)下一幀進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，從而減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)降低圖像的時(shí)域相關(guān)性。H.264把運(yùn)動(dòng)估值和幀內(nèi)預(yù)測(cè)的殘差結(jié)果從時(shí)域變換到頻域，使用了類似于4×4離散余弦變換(DCT)的整數(shù)變換，而不是像MPEG-2和MPEG-4那樣采用8×8 DCT的浮點(diǎn)數(shù)變換。以整數(shù)為基礎(chǔ)的空間變換具備效果好、計(jì)算快(只需加法與移位運(yùn)算)，反變換過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)適配問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，并且結(jié)合量化過(guò)程，保證了在16位計(jì)算系統(tǒng)中，計(jì)算結(jié)果有最大精度且不會(huì)溢出。4×4的變換塊也8×8更能減少塊效應(yīng)和震鈴效應(yīng)。

H.264標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，為視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸，尤其是低帶寬下(如無(wú)線傳輸方式)的傳輸提供了技術(shù)支持。在信息爆炸的今天，市場(chǎng)要求設(shè)計(jì)人員推出產(chǎn)品的速度越來(lái)越快，而且為了保持產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，在產(chǎn)品價(jià)格、產(chǎn)品應(yīng)用功能特點(diǎn)上要保持足夠優(yōu)勢(shì)，尤其是在多媒體市場(chǎng)領(lǐng)域。海思的SoC芯片在提供了標(biāo)準(zhǔn)算法的基礎(chǔ)上，給予設(shè)計(jì)人員最大的靈活度以設(shè)計(jì)合適的產(chǎn)品，大大降低了廠商的投入成本，縮短了廠商的推出新產(chǎn)品的時(shí)間，為贏得市場(chǎng)做準(zhǔn)備。