H.264視頻壓縮原理

從信息論觀點來看，圖像作為一個信源，描述信源的數(shù)據(jù)是信息量(信源熵)和信息冗余量之和。信息冗余量有許多種，如空間冗余、時間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識冗余、視覺冗余等，數(shù)據(jù)壓縮實質(zhì)上是減少這些冗余量?？梢娙哂嗔繙p少可以減少數(shù)據(jù)量而不減少信源的信息量。從數(shù)學上講，圖像可以看作一個多維函數(shù)，壓縮描述這個函數(shù)的數(shù)據(jù)量實質(zhì)是減少其相關(guān)性。

根據(jù)圖像信息的組成元素，H.264采用了幀內(nèi)預測、幀間預測、運動估值和運動補償、整數(shù)變換等方式，以提高對圖像的壓縮率。其中幀內(nèi)預測是H.264根據(jù)圖像中相鄰像素可能相同的性質(zhì)，利用相鄰像素的相關(guān)性，采用新的幀內(nèi)預測模式，通過當前像素塊的左邊和上邊的像素(已編碼重建的像素)進行預測，只對實際值和預測值的差值進行編碼，從而能用較少的比特數(shù)來表達幀內(nèi)編碼的像素塊信息；而幀間預測通過多幀參考和更小運動預測區(qū)域等方法對下一幀進行精確預測，從而減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，實現(xiàn)降低圖像的時域相關(guān)性。H.264把運動估值和幀內(nèi)預測的殘差結(jié)果從時域變換到頻域，使用了類似于4×4離散余弦變換(DCT)的整數(shù)變換，而不是像MPEG-2和MPEG-4那樣采用8×8 DCT的浮點數(shù)變換。以整數(shù)為基礎(chǔ)的空間變換具備效果好、計算快(只需加法與移位運算)，反變換過程中不會出現(xiàn)適配問題等優(yōu)點，并且結(jié)合量化過程，保證了在16位計算系統(tǒng)中，計算結(jié)果有最大精度且不會溢出。4×4的變換塊也8×8更能減少塊效應和震鈴效應。

H.264標準的應用，為視頻的網(wǎng)絡傳輸，尤其是低帶寬下(如無線傳輸方式)的傳輸提供了技術(shù)支持。在信息爆炸的今天，市場要求設(shè)計人員推出產(chǎn)品的速度越來越快，而且為了保持產(chǎn)品的競爭力，在產(chǎn)品價格、產(chǎn)品應用功能特點上要保持足夠優(yōu)勢，尤其是在多媒體市場領(lǐng)域。海思的SoC芯片在提供了標準算法的基礎(chǔ)上，給予設(shè)計人員最大的靈活度以設(shè)計合適的產(chǎn)品，大大降低了廠商的投入成本，縮短了廠商的推出新產(chǎn)品的時間，為贏得市場做準備。