h.261

H.261使用幀間預(yù)測來消除空域冗余，并使用了運動矢量來進(jìn)行運動補償。變換編碼部分使用了一個8x8的離散余弦變換來消除空域的冗余，然后對變換后的系數(shù)進(jìn)行階梯量化，之后對量化后的變換系數(shù)進(jìn)行Zig-zag掃描，并進(jìn)行熵編碼(使用Run-Level變長編碼)來消除統(tǒng)計冗余。

H.261標(biāo)準(zhǔn)僅僅規(guī)定了如何進(jìn)行視頻的解碼，并沒有定義編解碼器的實現(xiàn)。編碼器可以按照自己的需要對輸入的視頻進(jìn)行任 何預(yù)處理，解碼器也有自由對輸出的視頻在顯示之前進(jìn)行任何后處理。

H.261是1990年ITU-T制定的一個視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，屬于視頻編解碼器。其設(shè)計的目的是能夠在帶寬為64kbps的倍數(shù)的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN for Integrated Services Digital Network)上傳輸質(zhì)量可接受的視頻信號。編碼程序設(shè)計的碼率是能夠在40kbps到2Mbps之間工作，能夠?qū)IF和QCIF分辨率的視頻進(jìn)行編碼，即亮度分辨率分別是352x288和176x144，色度采用4:2:0采樣，分辨率分別是176x144和88x72。在1994年的時候,H.261使用向后兼容的技巧加入了一個能夠發(fā)送分辨率為704x576的靜止圖像的技術(shù)。

H.261是第一個實用的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.261使用了混合編碼框架，包括了基于運動補償?shù)膸g預(yù)測，基于離散余弦變換的空域變換編碼，量化，zig-zag掃描和熵編碼。 H.261編碼時基本的操作單位稱為宏塊。H.261使用YCbCr顏色空間，并采用4:2:0色度抽樣，每個宏塊包括16x16的亮度抽樣值和兩個相應(yīng)的8x8的色度抽樣值。

H.263是國際電聯(lián)ITU-T的一個標(biāo)準(zhǔn)草案，是為低碼流通信而設(shè)計的。但實際上這個標(biāo)準(zhǔn)可用在很寬的碼流范圍，而非只用于低碼流應(yīng)用，它在許多應(yīng)用中可以認(rèn)為被用于取代H.261。H.263的編碼算法與H.261一樣，但做了一些改善和改變，以提高性能和糾錯能力。

H.263標(biāo)準(zhǔn)在低碼率下能夠提供比H.261更好的圖像效果，兩者的區(qū)別有：

1、H.263的運動補償使用半像素精度，而H.261則用全像素精度和環(huán)路濾波；

2、數(shù)據(jù)流層次結(jié)構(gòu)的某些部分在H.263中是可選的，使得編解碼可以配置成更低的數(shù)據(jù)率或更好的糾錯能力；

3、H.263包含四個可協(xié)商的選項以改善性能；

4、H.263采用無限制的運動向量以及基于語法的算術(shù)編碼；

5、采用事先預(yù)測和與MPEG中的P-B幀一樣的幀預(yù)測方法；

6、H.263支持5種分辨率，即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外，還支持SQCIF、4CIF和16CIF，SQCIF相當(dāng)于QCIF一半的分辨率，而4CIF和16CIF分別為CIF的4倍和16倍。

1998年IUT-T推出的H.263+是H.263建議的第2版，它提供了12個新的可協(xié)商模式和其他特征，進(jìn)一步提高了壓縮編碼性能。如H.263只有5種視頻源格式，H.263+允許使用更多的源格式，圖像時鐘頻率也有多種選擇，拓寬應(yīng)用范圍；另一重要的改進(jìn)是可擴展性，它允許多顯示率、多速率及多分辨率，增強了視頻信息在易誤碼、易丟包異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的傳輸。另外，H.263+對H.263中的不受限運動矢量模式進(jìn)行了改進(jìn)，加上12個新增的可選模式，不僅提高了編碼性能，而且增強了應(yīng)用的靈活性。H.263已經(jīng)基本上取代了H.261

H.263視頻編碼 對于ITU-T H.263視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的介紹: 概念, 特征和實現(xiàn)

1. 介紹 H.263標(biāo)準(zhǔn)是由國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布的,對視頻會議和視頻電信應(yīng)用提供視頻壓縮(編碼).在這個指南中,我們會介紹關(guān)于H.263的概念和特征,并描述一些實現(xiàn)的實例.

2. 應(yīng)用程序視頻會議和視頻電信有很廣泛的程序應(yīng)用,包括: 桌面環(huán)境或室內(nèi)環(huán)境下的會議系統(tǒng)通過Internet或電話線路實現(xiàn)的視頻通信電子監(jiān)視和操作運程醫(yī)療（在運程進(jìn)行醫(yī)學(xué)咨詢和診斷) 基于計算機的陪訓(xùn)與教育 在每種應(yīng)用中,視頻信息(也許與音頻信息一塊兒)被通過電信通訊聯(lián)接傳輸,包括網(wǎng)絡(luò),電話線路,ISDN和廣播的形式.視頻有寬頻的特征 (比如說每秒很多字節(jié))這些,這些應(yīng)用就需要對視頻進(jìn)行壓縮或是進(jìn)行編碼來在傳輸之前降低帶寬值.

3. 視頻編碼 在源端視頻信息幀被捕捉并被通過視頻編碼器進(jìn)行編碼。壓縮的注被通過網(wǎng)絡(luò)或是電信聯(lián)接傳輸走，并在視頻解碼端進(jìn)行解碼。解碼過的幀就可以被顯示了。

4. H.263系統(tǒng)有很多的視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)，它們每個都是為了特定的應(yīng)用而設(shè)定：比如說，JPEG是為靜態(tài)圖片設(shè)定的，MPEG2是為數(shù)字電視信號設(shè)定的 ,H.261是為ISDN視頻會議系統(tǒng)設(shè)定。H.263是特別面向低碼率的視頻編碼而設(shè)定的(通常只有20-30kbps或更高) H.263標(biāo)準(zhǔn)指明了對于視頻編碼和解碼器的需求。它不描述編碼器和解碼器自身：取而代之的是，它指明了編碼流的格式與內(nèi)容。一個典型的解碼器和編碼器被在這時描述出不。我們跳過過了很多的H.263的細(xì)節(jié)，比如說語法和編碼模式

4.1 H.263編碼器運動估計和補償 降低帶寬的第一步就是從當(dāng)前幀中減去之前傳輸?shù)膸@樣只有差值或叫剩余值才被編碼并傳輸。這就意味著幀中沒有變化的內(nèi)容就不被 編碼。我們通過試圖對于前而幀的內(nèi)容的移動進(jìn)行估計并補償這個運動值來實現(xiàn)更高的壓縮比。運動估計模塊通過在當(dāng)前幀中和在前些幀中周圍的區(qū)域比較每個16*16的像素塊(宏塊)，并試圖找到一個匹配的幀。匹配的區(qū)域從當(dāng)前的宏塊位置中由運動補償模塊刪除掉。如果運動估計和補償過程很有效率的話，剩余的宏塊應(yīng)該只包含很少量的信息。

離散余弦變換(DCT) DCT把一塊像素值(或剩余幀值)變換到一系列“頻域"系數(shù)中。這就好像利用快速傅里葉變換(FFT)把一個信號從時域轉(zhuǎn)變到頻域中一樣的。 DCT在一個二維的像素塊上(而不是一個一維的信號)進(jìn)行操作，它尤其長于把塊中的能量壓縮到一系列的系數(shù)中去。這就意味著，通過很少量的DCT系數(shù)，我們就可以重建一個原始像素塊的拷貝。

量化 對于一個典型的像素塊來說，用DCT得到的大多數(shù)的系數(shù)都是接近于0的。量化器模塊降低了每個系數(shù)的準(zhǔn)確性，這樣近似于0的值就被置 0，而且只有一些非0值留下來了。實際操作中，我們通過整數(shù)級因子來劃分系數(shù)值，并截去結(jié)果。很重要的一點是我們在量化過程中“扔掉”了一些信息。

熵編碼 一個熵編碼器（比如說Huffman編碼器）把常出現(xiàn)的值用更短的二進(jìn)制碼來表示，并且把不常出現(xiàn)的值用長一些的二進(jìn)制碼進(jìn)行表示。 H.263中的熵編碼是基于這個技術(shù)的，并被用來壓縮量化后的DCT系數(shù)的。這個結(jié)果是一個序列的變長二進(jìn)制。這些碼組合起來用來同步和控制信息（比如重建運動補償?shù)膮⒖紟瑫r需要的運動向量)，用以進(jìn)成編碼的H.263碼流。 幀存儲當(dāng)前幀必須被存儲掉，這樣，它才可以在下一幀編碼的時候被用做參考幀。我們不是簡單地把當(dāng)前存存儲起來，而是把重標(biāo)量化的量化因子，用逆DCT操作后的反變換以及用來重建一幀的加到運動補償?shù)膮⒖級K信息存放在存儲區(qū)中。這就確保了在編碼器端幀存儲區(qū)中的內(nèi)容與在解碼器的存儲區(qū)中的內(nèi)容是相同的。當(dāng)下一幀被編碼的時候，運動估計使用幀存儲區(qū)中的內(nèi)容來決定運動補償?shù)淖罴哑ヅ鋮^(qū)域。

4.2 H.263解碼器 熵解碼為了解壓出系數(shù)值和運動向量信息,組成H.263碼流的變長的編碼被進(jìn)行解碼 重調(diào)節(jié)這是量化過程的反過程：系數(shù)被乘以一個在編碼端量化器同樣的標(biāo)量因子.然而,因為量化器丟棄了小的因子,重調(diào)節(jié)之后的系數(shù)值不再同原始的系數(shù)值相等. 逆DCT IDCT是DCT過程的反變換.它構(gòu)建了一塊采樣值:它們對應(yīng)于編碼器端運動補償生成的差值. 運動補償 差值被加到前一幀來重建區(qū)域信息.運動向量信息用來選擇正確的區(qū)域(在編碼器中使用相同的參考幀).結(jié)果是一個原始幀的重建:注意它將與原始幀不同,因為量化過程是有損的.也就是說圖像的質(zhì)量會比原始幀差一些.重建的幀被放于一個幀存儲區(qū),而且它被用于對下一個接收到的幀進(jìn)行運動補償.

5. 實現(xiàn)問題

5.1 實時的視頻通信在實時情形下開發(fā)一個可以有效工作的視頻編碼和編碼器時,有很多問題是要被說明的,包括: 碼率控制 實際的通信信道對于每秒鐘它們可以處理的能力有限度.在很多種情形下,碼率是一個定值(比如說POTS,IDSN等) H.263編碼器的基礎(chǔ)是對于每個編碼的幀生成一個變的碼值.如果運動估計/補償過程工作正常的話,那么就有更少的非0系數(shù)被用來編碼. 然而,如果運動估計工作不那么正常的話(比如說當(dāng)視頻場景中包括復(fù)雜的運動時),就會有很多的非0系數(shù)來被編碼.這樣編碼的值會增加. 為了映射這個可變的碼率值到一個CBR(固定碼率值)信道,編碼器必須進(jìn)行碼率控制.編碼器計算編碼器輸出的碼率.如果它太高的話,它會通過增加標(biāo)量化因子來提高壓縮率:這會導(dǎo)致更高的壓縮比(碼率會更低),但也同時在解碼器給出了更低的畫質(zhì).如果碼率下降的話,編碼 器就通過降低量化器的標(biāo)量化因子來進(jìn)行壓縮.這樣會在解碼端造成更高的友率和更佳的畫質(zhì). 同步 編碼器和解碼器必須是同步的,特別是如果視頻信號與音頻信號一起的話.H.263碼流包含了一定數(shù)目的"頭"或叫標(biāo)記:這些是特殊的記號用來標(biāo)記解碼器在當(dāng)前幀的所處的位置.如果解碼器失掉了同步,那么它就向前掃描下一個標(biāo)記來重新同步并恢復(fù)解碼.應(yīng)該注意到甚至是很小的同步上的損失都會造成很嚴(yán)重的解碼質(zhì)量的問題.所以在這樣一個充滿了"嗓音"的傳輸環(huán)境中設(shè)計一個視頻編碼系統(tǒng)的時候必須非常小心. 音頻和復(fù)用 H.263標(biāo)準(zhǔn)只描述了視頻編碼.在很多實際問題中,音頻數(shù)據(jù)必須被壓縮,傳輸和同步到視頻信號中去.同步,復(fù)用和協(xié)議問題被像H.320 (基于ISDN的視頻會議),H.324(基于POTS的視頻電信)和H.323(LAN或基于IP的視頻會議)這樣的標(biāo)準(zhǔn)解決掉了.H.263提供了這些標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼方法.音頻編碼被很多標(biāo)準(zhǔn)所支持,包括G.723.1等.另外,相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)包含了像復(fù)用(H.223)和信號機制(H.245)

5.2 軟件實現(xiàn) 像運動估計,變長編/解碼和DCT這樣的函數(shù)需要很大的處理能力來實現(xiàn).然而,最近的上理器的發(fā)展,使得在Pentium級處理器實時地編解 H.263視頻變可可能. 一個軟件實現(xiàn)必須是高度優(yōu)化的,來達(dá)到有效的視頻質(zhì)量(比如說,每秒多于10幀,352*288像素每幀).這包括了一系列的操作比如說在計算密集處使用快速算法,最小化移動或拷貝操作并解開循環(huán).在一些情況下,匯編代碼會進(jìn)一步加速運行(比如說使用Inter的MMX指令集) 5.3 硬件實現(xiàn) 對于高清晰的視頻來說或當(dāng)強大的處理器不存在的時候,硬件實現(xiàn)就是這個時候的解決方案了.一個典型的CODEC會對計算密集的部分使用專門的邏輯來進(jìn)行處理(比如說運動估計/補償,DCT,量化器和熵編碼),它們使用控制模塊來定制事件順序,并記錄編碼解碼的參數(shù).一個可編程的控制器是更佳的,因為很多的編碼參數(shù)(比如說碼率控制算法)可以通過適應(yīng)不同的環(huán)境來進(jìn)行修改或是調(diào)整.最近,一個 Intellectual Property中心對H.263提出了一個實現(xiàn).一個邏輯核心是VHDL或者Verilog的設(shè)計,它可以與其他的功能塊想組合而成為一個 ASIC或FPGA的一部分.

基于之前的視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)（H.261，MPEG-1和H.262/MPEG-2），H.263的性能有了革命性的提高。它的第一版于1995年完成，在所有碼率下都優(yōu)于之前的H.261。之后還有在1998年增加了新的功能的第二版H.263+，或者叫H.263v2，以及在2000年完成的第三版H.263++，即H.263v3。早期的H.263 新增以下的附加（annexes）:

Annex A - Inverse transform accuracy specification

Annex B - Hypothetical Reference Decoder

Annex C - Considerations for Multipoint

Annex D - Unrestricted Motion Vector mode

Annex E - Syntax-based Arithmetic Coding mode

Annex F - Advanced Prediction mode

Annex G - PB-frames mode

Annex H - Forward Error Correction for coded video signal

在H.263之后，ITU-T（在與MPEG的合作下）的下一代視頻編解碼器是H.264，或者叫AVC以及MPEG-4第10部分。由于H.264在性能上超越了H.263很多，現(xiàn)在通常認(rèn)為H.263是一個過時的標(biāo)準(zhǔn)（雖然它的開發(fā)完成并不是很久以前的事情）。大多數(shù)新的視頻會議產(chǎn)品都已經(jīng)支持了H.264視頻編解碼器，就像以前支持H.263和H.261一樣。

· H.264，H.264 High Profile

· H.263++

· H.261

· H.239 / People+ content

· H.263 及 H.264 視頻差錯消隱