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视音频 编解码技术及其实现
发布者:admin 发布时间:2013/11/12 阅读:5805

一、 视音频 编码国际标准化组织及其压缩标准介绍
    国际上 有两个负责视音频编码的标准化组织,一个是VCEG(Video code Expert Group),是国际 电信联合会下的视频编码专家组,一个是MPEG(Motion Picture Expert Group),是国际 标准化组织下的运动图象专家组。这两个 视音频编码标准化组织都对视音频的编解码做出了非常重要的贡献:一是推 动视音频编码技术的发展,一是推 动视音频编解码的应用。
    视音频 编解码涉及很多项视频和音频处理技术,每一项 技术的改进都对视音频编码做出贡献,但作为一套完整、高效的编码方案,需要集 中全人类在视音频编解码方面的最新智慧。个人或 公司的研究成果,都希望被标准化组织,其经济 回报是标准使用许可权费。
    这两个 标准化组织制定的相关编码标准都获得了广泛的应用,VCEG制定的标准有H.261(被国际 电信联合会选定为电视会议的视频压缩标准)、 H.262(该标准同MPEG-2完全一样,是VCEG同MPEG组成的 联合编码专家组JVT制定的压缩标准,VCEG发布的是H.262,MPEG发布的是MPEG-2)、H.263(该标准 被国际电信联合会选定为可视电话的视频压缩标准,有增强型版本H.263+、H.263++)、H.264(该标准是2002年5月VCEG为新一 代交互式视频通讯制定的标准)。MPEG名气要大得多,制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、 MPEG-7和MPEG-21 ,MPEG-1压缩标准为VCD所采纳,MPEG-2的压缩标准为DVD采纳,MPEG-4是为交 互式多媒体通讯制定的压缩标准,MPEG-7是为互 联网视频检索制定的压缩标准。
    VCEG制定的压缩标准H.26X都是针 对单一矩形视频对象,其追求 的是更高的压缩效率。MPEG-4在目前之所以很热,是因为MPEG-4是基于 多个视音频对象的压缩编码标准,这非常 适合于互联网上的多媒体应用。在互联 网上传播的多媒体信息,很多是 可以划分为多个视频对象的,如电脑 制作的动画节目、电视新闻节目等,而在实 时视频图象编码中,在一个 图象矩形框中很难实时识别多个视频对象,还是把 一个视频源当作一个矩形视频对象进行编码。
    VCEG在97年发布H.263的压缩标准后,制定了短期开发计划H.26N和长期开发计划H.26L,H.26N发展成H.263+和H.263++,H.26L经过5年时间的发展,在2002年5月作为H.264压缩标准进行发布。
    MPEG在VCEG发布H.263之后,发布了MPEG-4 SP(即MPEG-4第一板),在该版 本中引入了两个非常重要的概念:一个是 一个视频源多个视音频对象编码,一个是 码流传输异常处理(特别是无线传输应用)。从这里可以看出,VCEG致力于 高效率的视频编码技术,MPEG更侧重系统和框架。
    在2001年第四季度,VCEG H.26L发展到TML9.0时,MPEG同VCEG再次组 成联合联合视频编码专家组JVT,对H.26L的算法 进行了改进和完善,在2003年5月 VCEG发布了H.264的压缩标准。MPEG在JVT对H.26L压缩算 法修改的基础上,将该技术规范纳入到MPEG-4的标准中,作为MPEG-4 PART10发布,即MPEG-4的第三版,MPEG-4 AVC。H.264和MPEG-4 AVC代表了 全人类在视音频编解码方面的最新成果。
    针对单 一矩形视频对象,MPEG-4 AVC比MPEG-4第二版MPEG-4 ACE的压缩效率提高30%以上。

二、 H.264与MPEG-4 PART10的技术说明
    同以前 的视频压缩标准H.263++和MPEG-4 ACE相比,H.264与MPEG-4 PART10采用了一些新的算法,主要表 现在以下几个方面:
    1、运动搜索
    a、引入多参考帧
         引入多达5个参考帧。
    b、多种BLOCK形状
         有16*16、16*8、8*16、8*8、8*4、4*8、4*4七种BLOCK形状。
    c、运动搜索精度更高
        1/2象素精度搜索采用了6阶滤波器,搜索精度有很大提高。也引入了1/4象素精度搜索和1/8象素精度搜索。
     2、残余编码
    a、 采用整型4*4 DCT变换
    b、 量化技术改进
    c、 采用DE-BLOCK技术
    d、 SP帧技术
    这些技术的改变,一方面 提高了压缩效率,另一方 面运算强度大幅提高,大大地 提高了实现的难度。

三、 重庆劲 浪科技有限公司开发的视音频数字化产品
    海康威视从2000年5月进入 视音频编解码这个行业,就紧跟 标准化组织制定的视音频编解码标准的步伐,特别是在MPEG-4、H.26L等标准发展过程中,扮演实现者的角色,首先是在PC平台上 实时实现压缩标准所描述的视音频编解码。但PC平台上的应用,属于商 业化软件的范畴,我们更 适合做电子产品,在 DSP上实时实现,降低产品成本、提高产品的可靠性,才有更大的实用价值。
    从一个 视音频编解码模型,到一个 实用的视音频编解码软件,要做大量的工作,从运算强度而言,要降低100倍以上。
    重庆劲 浪科技有限公司在数字化视音频编解码方面做了大量的工作,主要成 果在以下几个方面: 
    1、 在PC(P4 1.4GHz)平台上完成了MPEG-4 ACE的编码和解码;
    2、 在PC(P4 1.4GHz))平台上完成了H.264的编码和解码;
    3、 在PHILIPS公司的DSP PNX1301(166MHz主频)上完成了MPEG-4 ACE的编码和解码(CIF或QCIF分辨率);
    4、 在PHILIPS公司的DSP PNX1301(180MHz)上完成了H.264的编码和解码(CIF或QCIF分辨率);
    5、 在PHILIPS公司的DSP PNX1302(200MHz)上完成了H.264的编码和解码(2CIF分辨率);
     6、 在EQUATOR公司的DSP BSP-15-350(350MHz)上完成了MPEG-4 AVC的编解码(2CIF分辨率)。
     其中,在PHILIPS公司的DSP PNX1301上完成了MPEG-4 ACE的编码和解码技术,应用在DS-400XM压缩板卡上,在国内 获得了广泛的应用。
    在推出DS-400XM压缩板卡之后,又推出基于H.264压缩技术的DS-400XH系列(CIF分辨率)和DS-400XH+系列(2CIF分辨率)。

四、结束语
    重庆劲 浪科技有限公司是一家致力于研究视音频编解码核心技术、开发和 生产自主数字视音频压缩产品的专业公司,作为国 内在视频处理器(DSP)上开发 视频编码软件的先驱,在多款 视频视频处理器(DSP)上进行了不懈的尝试,已经取 得了非常有意义的进展,目前推出的DS-400XH和DS- 400XH+两个系列的产品,代表了 监控类数字视音频编码产品迈向更低码率、更高分 辨率的发展方向。

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