新一代视频压缩编码标准——H.264/AVC

第1章　绪论　.1

1.1　信息化与视频通信　1

1.1.1　什么是信息　1

1.1.2　什么是信息化　1

1.1.3　我国的信息化和视频通信　2

1.2　视频信息和信号的特点　2

1.2.1　直观性　2

1.2.2　确定性　2

1.2.3　高效性　2

1.2.4　广泛性　3

1.2.5　视频信号的高带宽性　3

1.3　视频压缩编码的要求和可能性　3

1.3.1　视频压缩编码的目标　3

1.3.2　视频压缩的可能性　3

1.4　视频压缩编码技术综述　4

1.4.1　基本结构　4

1.4.2　基于波形的编码　5

1.4.3　基于内容的编码　5

1.4.4　立体(三维)视频编码　6

参考文献　6

.第2章　数字视频　7

2.1　数字电视的基本概念　7

2.1.1　数字电视的优越性　7

2.1.2　数字电视的pcm原理　8

2.2　数字电视信号　11

2.2.1　电视信号的时间和空间取样　11

2.2.2　彩色空间　12

2.2.3　彩色电视取样格式　12

2.2.4　数字电视信号的编码参数　13

2.3　视频信号的预处理　14

2.3.1　色彩插值(color interpolation)　14

2.3.2　色彩校正(color correction)　15

2.3.3　伽马校正(gamma correction)　15

2.3.4　图像增强(image enhancement)　17

2.3.5　白平衡(white balance)　20

2.4　视频质量　22

2.4.1　主观质量的评定　22

2.4.2　客观质量的测量　22

参考文献　23

第3章　视频压缩编码的基本原理　24

3.1　预测编码　24

3.1.1　预测编码的基本概念　24

3.1.2　帧内预测编码　25

3.1.3　帧间预测编码　29

3.1.4　运动估计　32

3.2　变换编码　43

3.2.1　变换编码的基本概念　43

3.2.2　k-l变换　44

3.2.3　离散余弦变换(dct)　44

3.2.4　锯齿形扫描和游程编码　46

3.3　变换编码与预测编码的比较　47

3.4　熵编码　47

3.4.1　变长编码　47

3.4.2　算术编码　48

参考文献　49

第4章　视频编码标准简介　51

4.1　视频编码发展简史　51

4.2　h.261标准　51

4.2.1　图像格式　52

4.2.2　h.261视频编解码器　53

4.3　h.263标准　56

4.3.1　h.263标准图像格式　56

4.3.2　h.263视频信源编码算法　57

4.4　mpeg-1标准　57

4.4.1　功能　57

4.4.2　图像类型和编码结构　57

4.5　mpeg-2标准　58

4.5.1　mpeg-2编码复用系统　58

4.5.2　mpeg-2档次和级别　58

4.5.3　mpeg-2视频编码器　59

4.6　mpeg-4标准　61

4.6.1　mpeg-4标准构成　61

4.6.2　基于vop的视频编码　63

4.6.3　mpeg-4档次和级别　66

4.7　jpeg标准　67

4.8　jpeg2000标准　69

4.8.1　jpeg2000标准的组成和特点　69

4.8.2　jpeg2000核心编解码器　70

4.9　avs标准　72

4.9.1　avs标准进展情况　72

4.9.2　avs视频编码及关键技术　72

参考文献　75

第5章　h.264/avc编码器原理　76

5.1　概述　76

5.2　h.264/avc编解码器　77

5.2.1　h.264编解码器特点　77

5.2.2　h.264编码器　78

5.2.3　h.264解码器　78

5.3　h.264/avc的结构　78

5.3.1　名词解释　78

5.3.2　档次和级　79

5.3.3　编码数据格式　79

5.3.4　参数图像　81

5.3.5　片和片组　81

5.4　帧内预测　83

5.4.1　4×4亮度预测模式　84

5.4.2　16×16亮度预测模式　86

5.4.3　8×8色度块预测模式　86

5.4.4　帧内预测模式的选择和编码　87

5.5　帧间预测　89

5.5.1　可变尺寸块运动补偿　89

5.5.2　运动矢量　90

5.5.3　mv预测　91

5.5.4　b片预测　92

5.5.5　加权预测　95

5.6　h.264的sp/si帧技术　95

5.6.1　sp/si帧的应用　96

5.6.2　sp/si帧的基本原理　98

5.6.3　实验结果和性能分析　101

5.7　整数变换与量化　103

5.7.1　整数变换　103

5.7.2　量化　106

5.7.3　dct直流系数的变换量化　108

5.8　cavlc(基于上下文自适应的可变长编码)　109

5.8.1　熵编码的基本原理　109

5.8.2　cavlc的基本原理　110

5.8.3　cavlc的上下文模型　110

5.8.4　cavlc的编码过程　110

5.8.5　cavlc的解码过程　112

5.8.6　cavlc编解码过程实例　114

5.8.7　cavlc与uvlc比较　115

5.9　cabac(基于上下文的自适应二进制算术熵编码)　117

5.9.1　自适应算术编码　117

5.9.2　上下文模型　120

5.9.3　对输入流预编码　122

5.9.4　初始化　123

5.9.5　结论　123

5.10　码率控制　124

5.10.1　基于lagrangian优化算法的h.264编码控制模型　124

5.10.2　实验结果和性能分析　126

5.11　去方块滤波　129

5.11.1　去方块滤波基本概念　129

5.11.2　边界分析　130

5.11.3　滤波过程　132

5.12　其余特征　135

5.12.1　参考图像的管理　135

5.12.2　重排序　135

5.12.3　隔行视频　135

5.12.4　数据分割片　136

5.12.5　h.264传输　136

参考文献　137

第6章　h.264的句法和语义　140

6.1　句法　140

6.1.1　句法元素的分层结构　140

6.1.2　句法的表示方法　143

6.2　句法表　145

6.3　语义　158

6.3.1　nal层语义　158

6.3.2　序列参数集语义　160

6.3.3　图像参数集语义　162

6.3.4　片头语义　164

6.3.5　参考图像序列重排序的语义　168

6.3.6　加权预测的语义　169

6.3.7　参考图像序列标记(marking)操作的语义　..169

6.3.8　片数据的语义　170

6.3.9　宏块层的语义　171

6.3.10　宏块预测的语义　175

6.3.11　子宏块预测的语义　175

6.3.12　用cavlc方式编码的残差数据的语义　176

6.3.13　用cabac方式编码的残差数据的语义　176

6.4　总结　177

参考文献　177

第7章　h.264/avc解码器的原理和实现　179

7.1　解码器原理　179

7.2　nal单元　180

7.2.1　nal单元结构　180

7.2.2　nal单元解码过程　180

7.3　图像序列号的计算　181

7.3.1　图像序列号(poc)　181

7.3.2　poc类型为0的poc计算　183

7.3.3　poc类型为1的poc计算　183

7.3.4　poc类型为2的poc计算　185

7.4　宏块片组映射图的产生　186

7.5　片数据分割的解码　188

7.6　参考图像列表的初始化　189

7.6.1　图像序号的计算　189

7.6.2　参考图像列表的初始化　189

7.6.3　参考帧列表的重排序　193

7.7　解码的参考图像的标记过程　195

7.7.1　frame_num不连续的解码过程　196

7.7.2　参考图像滑窗标记过程　196

7.7.3　参考图像的自适应内存控制标记过程　197

7.8　帧内预测　199

7.8.1　4×4亮度块预测方式的推导　199

7.8.2　4×4亮度块的帧内预测编码方式　200

7.8.3　16×16亮度块的帧内预测方式　204

7.8.4　8×8色度块的帧内预测方式　205

7.9　帧间预测解码处理　207

7.9.1　mv分量及参考索引获取　208

7.9.2　帧间预测像素解码处理　210

7.10　变换系数解码　216

7.10.1　变换系数逆扫描过程　217

7.10.2　dct变换系数中直流系数的逆变换量化　217

7.10.3　残差变换系数的反量化　219

7.10.4　残差变换系数的逆dct变换　219

7.10.5　去方块滤波前的图像恢复与重建　219

7.11　sp片中的p宏块和si片中的si宏块的解码过程　220

7.11.1　主sp片中p宏块的解码过程　220

7.11.2　辅sp/si片的解码过程　221

参考文献　223

第8章　h.264视频编码传输及其在移动通信中的应用　224

8.1　概述　224

8.2　h.264/avc在无线通信中的传输　224

8.2.1　h.264/avc在无线通信中的应用　224

8.2.2　h.264分层传输结构　225

8.2.3　h.264分组交换业务传输协议栈　226

8.3　h.264视频编码的容错技术　227

8.3.1　h.264的视频编码层的错误恢复　228

8.3.2　h.264的网络提取层的错误恢复　229

8.4　移动无线信道中的精确码率控制算法　232

8.4.1　宏块能量的提取　232

8.4.2　与宏块能量相结合，在宏块级别分配码率　234

8.4.3　计算编码量化参数qp　234

8.5　移动互联网中多媒体业务平台的设计　235

8.5.1　移动互联网的多媒体业务核心平台　235

8.5.2　编转码系统　236

8.5.3　设计流分发服务器　236

8.5.4　客户端　238

8.5.5　系统小结　238

参考文献　238

第9章　高质量视频编码　241

9.1　h.264+与h.265　241

9.1.1　视频编码的需求　241

9.1.2　视频编码标准及其应用简史　241

9.1.3　h.264+和h.265最近研究方向　241

9.1.4　h.265主要特征与kta　242

9.1.5　h.265的几个方向性课题　244

9.2　h.264的高保真范围扩展frext　244

9.2.1　引言　244

9.2.2　自适应分块　245

9.2.3　空间域的残差变换　246

9.2.4　帧内预测方法　246

9.2.5　基于视觉的量化缩放矩阵　247

9.2.6　色度空间的残差色度变换　247

9.2.7　无失真宏块模式　247

9.2.8　frext的测试结果　247

9.3　本章结论　248

参考文献　248

第10章　h.264的可伸缩编码svc　249

10.1　概述　249

10.2　svc的基本原理　250

10.2.1　传统可伸缩编码　251

10.2.2　精细粒度可伸缩编码　253

10.2.3　渐进精细粒度可伸缩编码　253

10.3　h.264的svc　254

10.3.1　空域可伸缩性　255

10.3.2　时域可伸缩性　257

10.3.3　质量可伸缩性　259

10.3.4　h.264的扩展　260

10.4　性能与分析　262

参考文献　263

缩略语　266

附录一　cavlc相关码表　270

附录二　cabac相关码表　275

附录三　h.264档次和级　...283