Международный стандарт кодирования видео H.264/AVC

H.264/AVC является новейшим международным стандартом видеокодирования, разработанным совместно VCEG и MPEG. В отличие от MPEG-4 Visual, имеющего много вариантов функциональности, H.264/AVC возвращается к традиционной цели - эффективному сжатию и устойчивости к сетевым средам для универсального видеоконтента и для кадра прямоугольной формы. Н.264 позволил добиться существенного улучшения сжатия и качества, которое некоторые тесты оценивают как в 4 раза лучшее объективное качество, чем у MPEG-4 Part 2. Это позволяет получить видео стандартной четкости вещательного качества при потоке в 1,5 Мбит/с, что примерно соответствует 12 сжатым телевизионным программам, передаваемым в полосе частот, прежде занятой одним аналоговым ТВ-каналом. H.264 можно использовать для сжатия фильма высокой четкости и размещения его на простом DVD, или осуществить потоковую передачу видео качества VHS через низкоскоростные каналы ADSL со скоростью 600 Кбит/с.

ПроектVideo Coding Layer (VCL) H.264/AVC по существу является схемой гибридного кодирования, но значительно превосходит по быстродействию все предыдущие стандарты. Выигрыш получен за счет более точного предсказания и более эффективного энтропийного кодирования, а также множества новых элементов кодирования. H.264/AVC поддерживает гибкую структуру слоев (slice). Это означает, что размеры и формы слоев не обязательно кратны числу строк макроблоков, как это было в предыдущих стандартах. Кодированное изображение может состоять из различных типов слоев. H.264/AVC поддерживает ссылки на закодированные ранее мультиизображения. Управление изображением обеспечивает высокую степень гибкости в выборе ссылочного изображения, которое ограничивается только максимальной емкостью общей памяти.

Стандарт видеокодирования H.264/AVC предназначен для технических решений, включающих, по крайней мере, следующие области применения:

- кабельное, спутниковое, наземное вещание, вещание с помощью кабельных и DSL-модемов;

- хранение на оптических и магнитных носителях, DVD и т.д.;

- диалоговые службы, работающие в различных сетях (например, ISDN, Ethernet, LAN, DSL, беспроводные и мобильные сети, а также любые сочетания этих сетей);

- «видео по запросу» или службы потокового мультимедиа в различных сетях;

- MMS (службы мультимедийных сообщений) в различных сетях и т.д.

Более того, новые приложения могут развертываться в существующих и перспективных сетях. Стандарт включает 16 профилей и 16 уровней, ориентированных на конкретные классы приложений и определенные варианты используемых форматов динамических изображений.

Функциональные возможности H.264/AVC позволяют поднять эффективность компрессии по отношению к предшествующим стандартам кодирования видео. Следует подчеркнуть следующие усовершенствования и новые возможности предсказания содержания кодируемого изображения:

- компенсация движения с использованием переменных размеров блока, включая малые размеры блока. Стандарт обладает достаточно большой гибкостью в выборе размеров и форм блоков при компенсации движения по сравнению со всеми предшествующими стандартами, причем минимальный размер блока составляет 4*4 пиксела и позволяет точнее выделять области движения;

- компенсация движения с точностью до четверти пиксела. Стандарт повышает точность компенсации движения до четверти пиксела (что особенно актуально для медленного движения). Цветность, как правило, имеет разрешение, уменьшенное вдвое по вертикали и горизонтали, и компенсация движения для компонент цветности имеет точность в одну восьмую пиксела цветности;

- векторы движения, выводящие за границы изображения. Методика экстраполяции за границы изображения, появившаяся как опция в H.263, включена также в стандарт H.264/AVC;

- компенсация движения с несколькими опорными изображениями. В стандарте расширяется методика увеличенного выбора опорного изображения, что поднимает эффективность кодирования, так как позволяет кодеру для компенсации движения делать выбор между большим количеством изображений, декодированных и сохраненных в декодере. Такое расширение возможностей выбора опорного изображения применяется как для P-, так и для В-кадров. Предусмотрена возможность использования до 32 ссылок на другие кадры. В большинстве сцен данная функция обеспечивает не очень значительное повышение качества и не дает заметного понижения цифрового потока. Однако для некоторых сцен, например, с часто повторяющимися участками, возвратно-поступательным движением и т.п., подобный подход при сохранении качества позволяет очень сильно снизить затраты цифрового потока;

- независимость порядка воспроизведения изображений и порядка опорных изображений. В стандарте жесткая зависимость между порядком следования изображений в значительной мере устранена, что позволяет кодеру выбирать порядок изображений для компенсации движения и для воспроизведения с высокой степенью гибкости, ограниченной только объемом памяти, который гарантирует возможность декодирования;