一、簡介

        當今編碼性能最好的視頻編碼國際標準H.264為ISO/IEC之下的MPEG標準組與ITU-TSG16之下的VCEG標準組聯合組建的工作組JVT所制定，ITU稱之為H.264，MPEG稱之為MPEG-4Part10，此外還可以稱為AVC、H.26L、JVT標準。JVT于2003年5月完成H.264基本部分標準制定工作，包含Baselineprofile、Extended profile和Main profile，分別包括不同的編碼工具，如表1所示。

        在2004年7月，JVT又完成了H.264FRExt（即：FidelityRangeExtensions）擴展部分（Amendment）的制定工作，包括High profile（HP）、High 10 profile（Hi10P）、High 4:2:2 profile（Hi422P）、High 4:4:4 profile（Hi444P） 4個profile。此外，JVT于2005年1月開始進行H.264的一個新擴展部分分層編碼SVC的標準制定工作，計劃于2006年底完成。本文主要介紹H.264 FRExt中的主要技術點及其應用情況。 

       

二、FRExt技術特點

1．FRExt4個profile

        H.264Baselineprofile、Extendedprofile和Main profile都是針對8位樣本數據、4:2:0格式的視頻序列，FRExt將其擴展到8～12位樣本數據，視頻格式可以為4:2:0、4:2:2、4:4:4，設立了High profile（HP）、High 10 profile（Hi10P）、High 4:2:2 profile（Hi422P）、High 4:4:4 profile（Hi444P） 4個profile，這4個profile都以Main profile為基礎，并且為逐漸擴展的包含關系，其所包含的編碼工具和相互關系如表2所示。 

       

2．變換方法

        由于FRExt針對高分辨率的視頻圖象，因此，為了得到更好的編碼效率，在FRExt里增加了一種整數8%8變換方法，變換矩陣為： 

        

        其計算精度為（8+n）位，其中輸入視頻樣本為n位精度。該變換方法可以通過蝶形方式快速實現，其計算復雜度比H.264中的4%4變換方法稍多一點，見表3所示。 

        

        在編碼過程中，對于每個宏塊MB編碼器選擇采用4%4變換還是8%8變換，但是，對于幀間宏塊，如果采用8%8子劃分方式（即采用4%8、8%4、4%4模式），則亮度分量采用4%4變換方法；而對于幀內宏塊，如果亮度分量采用8%8預測方法，則亮度分量采用8%8變換方法。

3．幀內預測方法

        在H.264基本部分中，有16%16和4%4兩種預測模式，前者包括4個預測方向，后者包括9個預測方向，FRExt增加8%8預測模式，包括與4%4類似的9個預測方向，并且，8%8預測還增加了對參考樣本點的預濾波處理過程，即在預測前對參考樣本點進行低通濾波處理。

4．量化方法

        類似于MPEG-2，FRExt量化方法采用了基于感知的量化因子矩陣，包括針對幀內和幀間塊的兩種類型矩陣。該方法不以提高客觀質量（如PSNR值）為目標，而以提高主觀質量為考慮點。

5．熵編碼方法

        與4%4類似，FRExt中8%8掃描方式也包括zig-zag和場掃描兩種掃描方式。FRExt對CABAC編碼的上下文模型（contextmodels）進行了擴展。

6．色度空間

        與以前的視頻編碼標準一樣，H.264基本部分是按照YCbCr色度空間進行編碼的，其轉換方法為：

      例如，可取KR＝0.2126，KB=0.0722。

      FRExt采用了一種新的色度空間YCgCo，其變換方法為：

      YCgCo可以減少轉換過程的計算復雜度、提高編碼效率。

7．無損編碼

        在H.264基本部分里，通過PCM宏快模式可以支持無損編碼或者對某一區域進行無損編碼。在PCM宏快模式里，樣本值將直接進行編碼，而不需要進行預測、變換和量化。FRExt采用了更為有效的無損編碼方法，不進行變換，但對樣本值采用預測和熵編碼的方法。

三、FRExt編碼性能和應用分析

         經測試，就高清視頻編碼來說，在相同配置情況下，Highprofile（HP）可以比Mainprofile（MP）節省10%的碼流量，比MPEG-2MP節省60%的碼流量。就單色靜止圖象壓縮來說，當采用全幀內編碼（INTRA）模式時，H.264 HP可以比JPEG-2000平均提高0.5dB。幾個具體測試數據可以參見圖1、圖2和圖3。 

        

          

          

        由于H.264FRExt（Highprofile）具有更好的編碼性能，因此，自從JVT完成H.264FRExt標準制定工作后，原來采用H.264 Main profile的應用（例如，高清電視、HD-DVD等）都傾向于采用High profile，例如，DVB在TS 101 154 和TS 102 005中采用HP為衛星、光纜和地面廣播中的視頻標準，DVD論壇的HD-DVD規定HP為每一個解碼器的強制標準之一，藍光標準協會（Blu-Ray Disc Association）BDA在其BD規范中規定HP為每一個解碼器的強制標準之一。可以預見，H.264 FRExt（High profile）標準將會在高清視頻應用領域獲得廣泛的應用。

四、結束語

        針對不同的應用領域，H.264視頻標準提供了Baseline、Extended、Main、High、High10、High4:2:2和High4:4:4一共7個profile，其中Baseline profile已經應用于3GPP、會議電視、可視電話等實時通信領域，Main profile已經應用于ISMA等流媒體領域，High profile已經應用于DVB、HD-DVD等廣電和存儲領域。