高效视频编码技术标准及其演化

Taki 1974
BMA Motion Estimation
Schroeder 1970
Hybrid Coding
Pratt 1968
Transform Coding (Intra)
Reader 1973
Conditional Update
(Transform)
C Reader, 2002
Netravali 1979
1994 1995 1996 1997 Y1e9a9r8 1999 2000 2001 2002 2003 2004
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混合视频编码基本框架
Input Video Signal
Split into Macroblocks 16x16 pixels
7
Coder Control
Transform coding
高效视频编码技术 标准及其演化
多媒体数据压缩
数据压缩可分成两种类型
无损压缩 有损压缩
无损压缩
指使用压缩后的数据进行重构(或者叫做还原，解压缩)，重构 后的数据与原来的数据完全相同
用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。一个很常见 的例子是磁盘文件的压缩。
有损压缩
指使用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与原来的数据有 所不同，但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。
Transform/
-
Quant
Inv Quant/ Inv Transform
Control Data
coeffs
De-blocking
Intra-frame
Filter
PPrreedidctiiocntion coding
MotionIntra/Inter Compensation
Motion Estimation
Output Video Signal
Motion Data
EEnCnottrdrooinpgpy y coding
7
Spatial Coding Tools
1960s
1970s
Leabharlann Baidu
Max, 1960
NonUniform Quantizer
Fano 1949 Huffman 1952
VariableLength Coding VLC
Motion Compensated DPCM (Pixel)
Giorda 1975
Variable – Size BMA Motion Est.
PRA Motion Estimation
Harrison 1952 DPCM
Seyler 1962
Conditional Update
(Spatial; Pixel)
Candy 1971
3D (Temporal)
DPCM
Rocca 1969
Conditional Update
(Spatial; Block)
Andrews, 1968 Fourier
Transform
Huang 1966 Statistical Coding
Huang 1963 Block
Quantization
Seyler 1962
VLC Video
Pratt, 1969 Hadamard Transform
Pratt 1969 Zonal Coding
第一代标准
第二代标准
4
视频编码标准化了什么？
• 标准化的仅仅是解码器的语法
– 允许引入新的优化 – 允许降低具体实现的复杂度 – 不提供图像质量的保证
信源
预处理
编码
信号
后处理与纠错
解码
标准化的范畴
仅标准化解码器的好处
MPEG-2编码器进化的证据
Mbit/s
Encoder Improvements
MPEG-4 v3 MP(E2G00-41)v2 MP(E2G00-40)v1 (1999)
SVC (H.264-G) (2007)
HEVC (H.265) (2012)
ISO/IEC MPEG
China AVS IEEE-SA AVS
AVS1-P2 MP (2003)
AVS1-P2 HP/SP/PP
Tasto 1971
Adaptive Block Coding
Pratt, 1970
RunLength Coding
Dead-Zone Quantizer
Tescher, 1975
Zigzag Scan
Tescher, 1976 ZZ-RunLength Coding
Tescher, 1977 Rate Buffer
MPEG-2
7
MPEG-AVC/H.264
6
1st
MPEG-2 Encoder
5
2ND Generation
Encoder 4
3rd Generation
3
Encoder
4th Generation5th Generation
2
Encoder
Encoder
1 Advanced Codec
0
Encoder
Woods 1969 Uniform Quantizer
Pratt 1969 Threshold Coding
C Reader, 2002
Chen, 1973
Slant Transform
Ahmed, 1974
Cosine Transform
Habibi, 1971
Block Classification
适用于重构信号不一定非要和原始信号完全相同的场合。
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数字音视频压缩标准的发展史
H.261 (1990)
H.263 H.263+ H.263++ (1996) (1998) (2000)
ITU-T VCEG
MPEG-2 (H.262) (1995)
MPEG-1 (1993)
H.264 (AVC) (2003)
Chen 1981 Scene
Adaptive Coder
8
Temporal Coding Tools
1960s
Seyler 1962 Temporal Statistics
Brofferio 1970
Motion Modeling
1970s
Limb 1975 Motion
Measurement
Netravali 1979
(2009)
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
第一代标准
第二代标准
3
数字视频编码标准的能力进化
高清信源 1.5Gbps
20Mbps
压缩75倍
10Mbps
压缩150倍
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012