图像视频编码的国际标准以及每种图像和视频编码的技术特点

H.261是ITU-T针对可视电话和会议电视、窄带ISDN等要求实时编解码和低延时应用提出的一个编码标准。该标准包含的比特率为p*64Kbit/s，其中p是一个整数，取值范围为1～30，对应比特率为64Kbit/s～92Mbit/s。
6、H.261
H.261标准大体上分为两种编码模式：帧内模式和帧间模式。对于缓和运动的人头肩像，帧间编码模式将占主导位置；而对画面切换频繁或运动剧烈的序列图像，则帧间编码模式要频繁地向帧内编码模式切换。
1）输入/输出图像彩色分量之比可以是4∶2∶0，4∶2∶2，4∶4∶4。
2）输入/输出图像格式不限定。
3）可以直接对隔行扫描视频信号进行处理。
4）在空间分辨率、时间分辨率、信噪比方面的可分级性适合于不同用途的解码图像要求，并可给出传输上不同等级的优先级。
JPEG-2000另一个极其重要的优点就是感兴趣区（ROI，Region Of Interest）特性。用户在处理的图像中可以指定感兴趣区，对这些区域进行压缩时可以指定特定的压缩质量，或在恢复时指定特定的解压缩要求，这给人们带来了极大的方便。在有些情况下，图像中只有一小块区域对用户是有用的，对这些区域采用高压缩比。在保证不丢失重要信息的同时，又能有效地压缩数据量，这就是感兴趣区的编码方案所采取的压缩策略。基于感兴趣区压缩方法的优点，在于它结合了接收方对压缩的主观要求，实现了交互式压缩。
JEPG对图像的压缩有很大的伸缩性，图像质量与比特率的关系如下：
a)15～20比特/像素：与原始图像基本没有区别（transparent quality）。
b)075～15比特/像素：极好（excellent quality），满足大多数应用。
c)05～075比特/像素：好至很好（good to very good quality），满足多数应用。
首先，JPEG-2000能实现无损压缩（lossless compression）。在实际应用中，有一些重要的图像，如卫星遥感图像、医学图像、文物照片等，通常需要进行无损压缩。对图像进行无损编码的经典方法——预测法已经发展成熟，并作为一个标准写入了JPEG-2000中。
JPEG-2000还有一个很好的优点就是误码鲁棒性（robustness to bit error）好。因此使用JPEG-2000的系统稳定性好，运行平稳，抗干扰性好，易于操作。
H.263已被几种可视电话采纳为终端标准，如支持PSTN与无线网的H324，支持N-ISDN的H.320，支持B-ISDN的H310等。H263信源编码算法的核心仍然是H261标准中采用的DPCM/DCT混和编码算法，原理框图也和H261十分相似。
8、H.264/AVC
视频压缩国际标准主要有由ITU-T制定的H.261、H.262、H.263、H.264和由MPEG制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4，其中H.262/MPEG-2和H.264/MPEG-4 AVC由ITU-T与MPEG联合制定。 从简单来说H.264就是一种视频编码技术，与微软的WMV9都属于同一种技术也就是压缩动态图像数据的“编解码器”程序。 一般来说，如果动态图像数据未经压缩就使用的话，数据量非常大，容易造成通信线路故障及数据存储容量紧张。因此，在发送动态图像时、或者把影像内容保存在DVD上时、以及使用存储介质容量较小的数码相机或相机手机拍摄映像时，就必须使用编解码器。虽然编解码器有许多种类，但DVD-Video与微波数字电视等使用的主要是MPEG2，数码相机等摄像时主要使用MPEG4。 既然作为压缩视频编码技术，H.264最大的作用对视频的压缩了。我们熟悉的MPEG2也就是最常用的DVD视频编码技术已经比较落后。 对于最希望看到的HDTV的节目如果播放时间在2小时左右的话，使用MPEG2最小只能压缩至30GB，而使用H.264、WMV9这样的高压缩率编解码器，在画质丝毫不降的前提下可压缩到15GB以下。 上面的例子可以看出H.264的技术优势了，一般来说H.264的数据压缩率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。从理论上来说，在相同画质、相同容量的情况下，可比目前的DVD光盘多保存2倍以上时间的影像。有望作为电影与音乐会等映像内容与便携设备的编解码器广泛使用。预计支持该技术的产品与服务将于2004年内问世。 大家是否都能记得当年的视频解压卡，也就是我们说的DVD/VCD解压缩卡，这个东西的原理很简单，就是板卡上安装了DSP芯片，而这个芯片唯一的功能就是用来针对特殊格式的编码进行解压缩，当后来显卡的性能逐渐增强可以满足视频播放需要的时候，视频解压缩卡也就消失的不见了。 而ATI的做法就是最新的R520 VPU内就包含了H.264解码技术，这种特殊的算法直接交给显卡VPU来运算，而不是完全交给CPU处理，这样就可以解放出CPU进行更多其他复杂的运算。 H.264集中了以往标准的优点，在许多领域都得到突破性进展，使得它获得比以往标准好得多整体性能： － 和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可节省50％的码率，使存储容量大大降低； － H.264在不同分辨率、不同码率下都能提供较高的视频质量； － 采用“网络友善”的结构和语法，使其更有利于网络传输。 H.264采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广，更容易在视频会议、视频电话中实现，更容易实现互连互通，可以简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个完整的系统。 MPEG LA吸收MPEG-4的高昂专利费而使它难以推广的教训，MPEG LA制定了以下低廉的H.264收费标准：H.264广播时基本不收费；产品中嵌入H.264编/解码器时，年产量10万台以下不收取费，超过10万台每台收取0.2美元，超过500万台每台收取0.1美元。低廉的专利费使得中国H.264监控产品更容易走向世界。
为了追求高的压缩效率，去除图像序列的时间冗余度，同时满足多媒体等应用所必须的随机存取要求，MPEG-1视频把图像编码分成I帧、P帧、B帧和D帧共4种类型。I帧为帧内编码帧（intra coded frame），编码时采用类似JPEG的帧内DCT编码，I帧的压缩率是几种编码类型中最低的。P帧为预测编码帧（predictive coded rame），采用前向运动补偿预测和误差的DCT编码，由其前面的I或P帧进行预测。B帧为双向预测编码帧（bi-directionally predictive coded frame），采用双向运动补偿预测和误差的DCT编码，由前面和后面的I或P帧进行预测，所以B帧的压缩效率最高。D帧为直流编码帧（DC coded frame），只包含每个块的直流分量。MPEG-1采用运动补偿支除图像序列时间轴上的冗余度，可使对P帧和B帧图像的压缩倍数比I帧提高很多。
相对于MPEG的前两个压缩标准，MPEG-4已不再是一个单纯的视频音频编解码标准，它将内容与交互性作为核心，从而为多媒体提供了一个更为广阔的平台。它更多定义的是一种格式和框架，而不是具体的算法，体技术如图像分析与合成、计算机视觉、语音合成等也可以充分应用于编码中。
1、JPEG（Joint Photographic Expert Group）
JPEG是ISO/IEC联合图像专家组制定的静止图像压缩标准，是适用于连续色调（包括灰度和彩色）静止图像压缩算法的国际标准。JPEC算法共有4种运行模式，其中一种是基于空间预测（DPCM）的无损压缩算法，另外3种是基于DCT的有损压缩算法。
MPEG-4专家组深入分析了AV领域中电视(television)、计算机(computer)、通信(communication)以及其交叉融合的发展趋势后，认为MPEG-4应该提供用于通信的新方式，其核心是基于内容content-based)的AV信息存储、处理与操作，支持交互性、高压缩比以及通用存储性等功能。同时在其结构上应具有适应性与可扩展性，以适应硬、软件技术的不断发展，便于及时融合新的技术。
4、MPEG-2
MPEG组织1995年推出的MPEG-2标准是在MPEG-1标准基础上的进一步扩展和改进，主要是针对数字视频广播、高清晰度电视和数字视盘等制定的4～9Mbit/s运动图像及其伴音的编码标准，MPEG-2是数字电视机顶盒与DVD等产品的基础。MPEG-2系统要求必须与MPEG-l系统向下兼容，因此其语法的最大特点在于兼容性好并可扩展。MPEG-2的目标与MPEG-1相同，仍然是提高压缩比，改善音频、视频质量，采用的核心技术还是分块DCT和帧间运动补偿预测技术。MPEG-2视频允许数据速率高达100Mbit/s，支持隔行扫描视频格式和许多高级性能。考虑到视频信号隔行扫描的特点，MPEG-2专门设置了“按帧编码”和“按场编码”两种模式，并相应地对运动补偿和DCT方法进行了扩展，从而显著提高了压缩编码的效率。考虑到标准的通用性，增大了重要的参数值，允许有更大的画面格式、比特率和运动矢量长度。除此之外，MPEG-2视频压缩编码还进行了以下扩展：
5）码流结构的可分级性，比如头部信息、运动矢量等部分可以给予较高的优先级，而对于DCT系数的高频分量部分则给予较低的优先级。 6）输出码率可以是恒定的也可以是变化的， 以适应同步和异步传输。
MPEG-2视频是一系列的系统，每一个系统具有安排好的共性和兼容程度。它允许对四种源格式或者级别进行编码，从简单清晰度(CIF格式)到完全的高清晰度电视HDTV(High Definition Television)。除了源格式的这种灵活性外，MPEG-2还规定了分辨率从低到高的4级5类共11种单独的技术规范，同一种类不同级别间的图像分辨率和编码速率相差甚远。表2给出了MPEG-2允许的级别和类的组合。
JPEG-2000能实现渐进运输（progressive transmission），这是JPEG-2000的 一个极其重要的特征。它可以先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，以满足用户的需要，这在网络传输中具有非常重大的意义。使用JPEG-2000下载一个图片，用户可先看到这个图片的轮廓或缩影，然后再决定是否下载。而且，下载时可以根据用户需要和带宽来决定下载图像质量的好坏，从而控制数据量的大小。