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编码标准新突破

发布时间: 2012-2-29      来源: 传播与制作
关键字: 编解码器 标准 编码标准

     数字视频已占主导地位,而地面模拟电视广播也将成为历史。现在数字视频是“规范”,而我们似乎遗忘了为使之成为规范而必须解决的技术问题。最重要的问题也许是如何将原始视频数据率(来自高清摄像机一般为1-1.5Gb/s)降低到足以节约成本地分配和广播的程度。视频压缩已经实现了此目的,而且这些技术还在不断提高。目前正在研究下一代高效率视频编码(HEVC)技术,有望把达到同样的视频质量所需的数据率降低到MPEG-4/H.264 AVC码流所需的数据率的一半。

  新技术的成功取决于其广泛的接受。标准制定组织的工作大幅改善此接受过程。MPEG作为ISO/IEC内部的工作组,始于1988年,它旨在制定音视频信号的数字压缩标准。这些工作组的代表来自有关各方和公司。1993年,这种协作产生了MPEG-1标准,它主要支持最高约1.5Mb/s的视频编码,而质量类似于VHS。

  在颁布MPEG-1前,业界意识到对于广播格式需要另一个标准,MPEG-2标准应运而生。1995年颁布了一个MPEG-2规范。MPEG-2标准提供3-15Mb/s的标清电视编码及15-20Mb/s的高清电视编码。此标准成为了全世界所有地面数字电视广播的默认标准,可以在模拟电视广播节目所用的相同频道内发送多个标清电视节目和高清电视节目。

  视频压缩最新的进展是高级视频编码(AVC)标准以及2004年该标准的保真度范围扩展。此标准作为ITU-T Rec H.264和ISO/IEC MPEG-4第10部分颁布,一般用这两者的混合命名。不过,为与采用MPEG-2有相同质量的编码图像,H.264扩展必须把码率增加两倍。现在它已被标清电视和高清电视地面广播节目广泛接受。

  硬件

  简单地说,数字视频压缩能力依靠的是许多相连图像帧包含大量公共数据(特别是在演播室或慢动作镜头内)这个事实,而由于此事实,反复发送这些相同数据是不必要的,只有从一个确定帧到下一个的数据变化是必须的。应用这个原则,冗余数据可被舍弃并在以后恢复。这可显著减少需要存储或传输的数据量。不过恢复原始数据确实要求极其快速的处理,而随着视频编码领域的每次改进,接收机也需要更高的图像处理能力。这可能大幅提高接收机成本,但幸运的是硅晶片上线路的密度和复杂性提高不仅跟上了视频压缩领域的发展,而且元件成本也保持低位。

  高效率视频编码(HEVC)

  ITU-T视频编码专家组(VCEG)和MPEG不断观察视频编码领域的进展,2009年末双方确定该着手制定一个新标准。制定HEVC标准的第一步是于200年1月启动一个联合提案征求。

  一共收到了27个提案,用18个视频片段、5种码率和两个约束集分别测试了它们。18个视频片段被分为5类视频分辨率,从低端的1/4 WVGA(416x240)一直到从4kx2K超高清素材截取的2500x1600。被选出来提供从高压力编码到优质编码的各种视频质量,都对这5类码率的每类进行了测试。例如,对2-10Mb/s码率的B2类(1080p50-60)进行了测试。

  两个约束集用于仿真频道改变的时间限制以及具有有限的编码/解码延迟的会话服务的时间限制。

  用主观观看测试和软件实现评价了各10秒的视频片段。在一个月内用超过850个的测试科目组织了约20分钟的超过134个测试期。三地(意大利罗马的FUB、瑞士日内瓦的EBU和洛桑的洛桑联邦理工学院)用于测试,约23000个视频片段被测试。2010年4月,在新的视频编码联合工作组(JCT-VC)的首次会议上,分析了测试结果,而测试结果令人鼓舞。码率节省可达48%,并有其它改善。

  在此会议上,联合工作组决定不接受“赢者通吃方案”,而是确定一个结合来自7个领先提案的某些要素的正在考虑的测试模式。首个正式HEVC测试模式“HM1”于2010年10月确定,并将作为进一步“核心试验”的基础。在最终标准完成前,HEVC测试模式(HM)预计发展为若干个不同的目标,同时也预计在压缩性能方面将有进一步的提高。规划是在2013年前完成HEVC标准的制定,然后以ISO/IEC MPEG-H和ITU-T的H.265颁布此标准。

  2013年颁布此标准,随后它应在2014年包含于DVB规范内,而服务可能在2015年推出。