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前言

H264摄像压缩算法现在实地是装有视频压缩技术中行使最广大,最流行的。随着
x264/openh264以及ffmpeg等开源库的生产,大多数使用者无需再对H264的细节做过多的切磋,这大下跌了芸芸众生选取H264的老本。

但为了用好H264,大家仍旧要对H264的基本原理弄精通才行。今天咱们就来看看H264的基本原理。

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H264概述

H264压缩技术紧要使用了以下二种格局对视频数据开展压缩。包含:

  • 帧内预测压缩,解决的是空手数据冗余难题。
  • 帧间预测压缩(运动揣测与互补),解决的是时域数据冗徐难题。
  • 平头离散余弦变换(DCT),将空间上的相关性变为频域上毫不相关的数据然后进行量化。
  • CABAC压缩。

透过压缩后的帧分为:I帧,P帧和B帧:

  • I帧:关键帧,拔取帧内压缩技术。
  • P帧:向前参考帧,在减弱时,只参考前边已经处理的帧。选用帧音压缩技术。
  • B帧:双向参考帧,在减小时,它即参考前而的帧,又参考它背后的帧。选取帧间压缩技术。

除开I/P/B帧外,还有图像系列GOP。

  • GOP:四个I帧之间是一个图像连串,在一个图像种类中只有一个I帧。如下图所示:

上面大家就来详细描述一下H264压缩技术。

    4月18号

H264压缩技术

H264的基本原理其实分外不难,下大家就概括的叙说一下H264压缩数量的历程。通过视频头采集到的摄像帧(按每秒
30 帧算),被送到 H264
编码器的缓冲区中。编码器先要为每一幅图片划分宏块。

以下边那张图为例:

 去奥兰多的途中,有成片的油菜花,即便不多但都很整齐,蒙蒙的细雨给拥有的景点都披上了一层薄纱,若隐若现,多条要不停的隧道阻挡了太多的山色,可众多要过的高架桥又让自身看齐了俯瞰的恢弘,每一回外出,为了节省时间我都会接纳夜间行进的车,可黑暗的夜晚让自家错过了沿途众多的美景

分开宏块

H264默认是采纳 16X16 大小的区域作为一个宏块,也得以分开成 8X8 大小。

分割好宏块后,统计宏块的象素值。

以此类推,统计一幅图像中各种宏块的像素值,所有宏块都处理完后如下边的样板。

    4月19号

划分子块

H264相比较较坦荡的图像使用 16X16 大小的宏块。但为了更高的压缩率,还足以在
16X16 的宏块上更划分出更小的子块。子块的分寸可以是 8X16、 16X8、 8X8、 4X8、
8X4、 4X4相当的灵敏。

上幅图中,红框内的 16X16
宏块中多数是灰色背景,而七只鹰的部分图像被划在了该宏块内,为了更好的处理四只鹰的有的图像,H264就在
16X16 的宏块内又细分出了多少个子块。

诸如此类再通过帧内压缩,可以获取更便捷的数额。下图是各自拔取mpeg-2和H264对地方宏块进行压缩后的结果。其中左半有些为MPEG-2子块分割后回落的结果,右半部分为H264的子块划压缩后的结果,可以看来H264的细分方法更具优势。

宏块划分好后,就足以对H264编码器缓存中的所有图片展开分组了。

 
在我的印象里,哥伦布当作西北的一有的,是相比粗旷干旱的,因为中学地理里的黄土高原多少个字实在是太深切人心了,固然不是途径陈设第一站是马普托最合适我是不会来此处的,我也尚未想过要到毕尔巴鄂来,因为自己害怕一刮风如同格拉茨那么满天的灰土,在坐火车来的途中我从不看到那几个所谓的土地荒漠化,一座座山顶和岭上都被草木覆盖着,正值青春,一切都显得那么有精力,有种在身在西北的错觉。
   
不知是万幸依旧不幸,我在的那二日德雷斯顿都在降雨,下下停停,大寒让那么些古镇的全部都来得那么年轻,没有高温,没有风沙,有点湿润,舒服极了。那座城市让自己最奇怪的是他的绿化面积,我平素觉得滨州的城市绿化面积就够大了,可那里,让我的确的观看了怎么是大面积的绿化带,在我看来,那座都市可以不要被称为西南干旱地区了,马尔默的兴盛,同样也远非让自身想开,西夏丝绸之路的起源,果真是不容小觑.

帧分组

对此视频数据紧要有两类数据冗余,一类是时间上的数目冗余,另一类是空间上的数码冗余。其中时间上的数码冗余是最大的。下边我们就先来说说视频数据时间上的冗余难题。

干什么说日子上的冗余是最大的吧?如若视频头每秒抓取30帧,那30帧的多少半数以上动静下都是相关联的。也有可能不断30帧的的数据,可能几十帧,上百帧的数量都是涉及越发细心的。

对此那几个涉嫌越发仔细的帧,其实大家只须求保留一帧的数量,其余帧都可以透过这一帧再按某种规则预测出来,所以说摄像数据在时间上的冗余是最多的。

为了已毕相关帧通过预测的办法来收缩数量,就须求将视频帧进行分组。那么怎么着判断某些帧关系密切,可以划为一组呢?大家来看一下例证,下边是捕获的一组运动的弹子的录像帧,台球从右上角滚到了左下角。

H264编码器会按梯次,每便取出两幅相邻的帧举办宏块相比较,总结两帧的相似度。如下图:

经过宏块扫描与宏块搜索能够窥见那多少个帧的关联度是不行高的。进而发现这一组帧的关联度都是可怜高的。由此,下面这几帧就可以分开为一组。其算法是:在邻近几幅图像画面中,一般大有径庭的像素唯有10%以内的点,亮度差值变化不超越2%,而色度差值的变动唯有1%以内,大家认为这么的图可以分到一组。

在这么一组帧中,经过编码后,我们只保留第一帖的完好数据,其余帧都通过参考上一帧计算出来。大家称第一帧为IDR/I帧,其余帧大家称为P/B帧,那样编码后的数量帧组我们称为GOP

(在去兵马俑景区的公交车上,有一个女人坐在老幼病残的椅子上,上来一个老太太就站在他的身边,可她像没事人一样坐在那里没有让座,那个坐在座位上的青春女性始终满不在乎,面不改色,我瞧不起的看了他一些眼,可她照例神仙般的坐在那里,而不行老太太直到有位老人下车他才坐上,我不管那一个年轻女性是怎么说辞坐在那里,她的那种表现给奥兰多公民抹黑了,更把中国人的素质给拉低了
!)

运动推测与互补

在H264编码器上校帧分组后,就要统计帧组内物体的活动矢量了。还以上边运动的台球视频帧为例,大家来看一下它是何许统计运动矢量的。

H264编码器首先按梯次从缓冲区头顶取出两帧视频数据,然后开展宏块扫描。当发现里头一幅图片中有实体时,就在另一幅图的将近地方(搜索窗口中)举行查找。如果此时在另一幅图中找到该物体,那么就足以测算出物体的活动矢量了。下边那幅图就是寻找后的弹子移动的地方。

经过上图中台球地点距离,就可以总括出台图运行的大方向和离开。H264依次把每一帧中球移动的相距和自由化都记录下来就成了上边的样板。

举手投足矢量计算出来后,将一律部分(也就是紫色部分)减去,就得到了增补数额。我们最终只需求将填补数额开展削减保存,将来在解码时就能够回复原图了。压缩补偿后的多寡只须求记录很少的某些多少。如下所示:

咱俩把运动矢量与补偿称为帧间减少技术,它解决的是摄像帧在时光上的数额冗余。除了帧间减弱,帧内也要开展数据压缩,帧内数据压缩解决的是空间上的多寡冗余。上面我们就来介绍一下帧内压缩技术。

 
到了兵马俑博物馆订票,学生半价75元,这地点很大,要走一会才到遗址,那一路上的风光是万分美的,有过一场雨的滋润后让总体浮现更美了,兵马俑一号坑是面积最大的,可知到东西才觉得这么多年自己都是被教科书和电视机给骗了,我常有没看出来有啥样气势磅礴,很多陶俑都已碎掉,是新兴一点点粘上的,而那么些木制的马车和兵器木把曾经腐朽的找不到痕迹,参观完兵马俑和秦始帝帝王陵正是让自家长见识了,讲解员说他不是一位暴君,而是一位英雄的暴君!当时的社谋面貌必需要用强硬的手段来治理,他联合六国后所面临的难题是不行多的,而那几个题材也须要些相当手段,他联合六国,统一文字,统一货币,这一个都为当今的中国奠定了坚固的基础,很可惜他只活到50多岁,他因此要为自己建造庞大的野鸡帝王陵是因为她觉得谢世不是极限,而是一个进度,他要在私自继续享福,有本事打下一个王朝,那享受也是理所当然的,说她暴政,其实也不然,他如若确实没有人性,那么大家现在收看的就不是伫立在那的一个个陶俑,而是一堆堆的尸骨,尽管她死后也有贵妃和民工为其陪葬,但自我明日总的来说,那总体并但是分,当之无愧的千古一帝。

帧内预测

人眼对图象都有一个识别度,对低频的亮度很灵活,对反复的亮度不太敏感。所以基于一些探究,可以将一幅图像中人眼不灵动的多少去除掉。那样就提议了帧内预测技术。

H264的帧内压缩与JPEG很相似。一幅图像被细分好宏块后,对每个宏块可以展开 9
种方式的展望。找出与原图最相近的一种预测情势。

下边那幅图是对整幅图中的每个宏块进行展望的长河。

帧内预测后的图像与原来图像的自查自纠如下:

下一场,将原始图像与帧内预测后的图像相减得残差值。

再将大家后面得到的预测方式音讯一起保存起来,那样大家就足以在解码时回涨原图了。效果如下:

通过帧内与帧间的削减后,尽管数额有大幅削减,但还有优化的半空中。

 
 我所看到的那一个城市的不足,那就是夜里的路灯,实在是太暗,而且有过多是不亮的,我不知底设计者是或不是就为了那种朦朦胧胧的痛感,所以才会这么,但我如故觉得依然亮点好,要不然夜景真没什么雅观的。下午七点多,在青旅打了会台球,实在没意思,于是就打算出去坐公交看看夜景,306路双层巴士,坐在上层靠窗的岗位,居高临下,看那么些匆匆忙忙赶路的车和人,从起源坐到终点,望着外面的光景,听着外面的响动,尽情的感想着那座都市的魅力,从终端坐到源点,如故坐在上层靠窗的任务,戴上动圈耳机,来点慢节奏的音乐,把声音调大片段,大到听不到除音乐以外的声响,望着窗外匆匆而过的一切,什么都不想,只沉浸在音乐中,那样何尝不是一种浪漫?!

对残差数据做DCT

可以将残差数据做整数离散余弦变换,去掉数据的相关性,进一步削减数量。如下图所示,右边为原数据的宏块,右边为计算出的残差数据的宏块。

将残差数据宏块数字化后如下图所示:

将残差数据宏块举办 DCT 转换。

去掉相关联的数码后,大家可以看出数据被进一步削减了。

做完 DCT 后,还不够,还要举行 CABAC 举办无损压缩。

 
 在纽伦堡的回民街,我吃到了正宗的肉夹馍和羊肉泡馍,可自我觉得最鲜美的是在秦始皇陵买个相当烤地瓜,黄土地里生长出来的事物,味道真是没的说!
   
 都说钟楼是古村斯科普里最合适的地标,可看完事后真的没什么好的,让我激动的是里面钟鼓乐的演出,中国知识的博大精深从那边演绎的不亦乐乎,钟楼的暮色还不错,晕黄的灯光在体现着另一种美,钟楼所作为汉中市的骨干地方,她所对应的四条道路至极宽阔,也至极繁忙,所要经过的车辆匆匆忙忙,而由此的那么些人却是悠然自得,他们走走停停,在他们感兴趣的地点驻足,而让自己停留下来的,是背靠钟楼,面向开元商城的多个青少年,一个打手鼓,一个弹着吉他唱着歌,他们在演出,我不以为是卖唱,固然她们面前摆着琴盒,纵然有人往里面“扔”钱,可自己依旧把它当作是演唱会,多个怀抱音乐梦想的年青人,在向外人诉说着他们的指望,而她们的歌声,根本不亚于那么些所谓的歌唱家,他们是人流中最亮的一定量,梦想的光环在炫耀着他们。本来我是想往他们琴盒里“放”一元的,可自我所听的第三首歌竟是郝云的《活着》
,让本来要挪步离开的本身又停下来,那是本身非常喜爱的一首歌,纵然她们的曲调和郝云唱的有点差距等,可在他们的动静里,我似乎我听到了越多的东西,他们是在用此外一种当时向大家演绎着所谓的想望和求实,他们是让自身羡慕的,因为自身也期盼能有一天和他们同样,弹着吉他唱着歌,不为其他,只为感受那种美好,离开的时候,我往他们的琴盒里放了五元钱,看演唱会总是要取票的,何况是那般地道的演出,他们在做着本人想做却又没做的事,感谢那多个年轻人

CABAC

上面的帧内压缩是属于有损压缩技术。也就是说图像被缩减后,无法完全恢复生机。而CABAC属于无损压缩技术。

无损压缩技术大家最熟知的或者就是哈夫曼编码了,给高频的词一个短码,给低频词一个长码从而完结数据压缩的目标。MPEG-2中利用的VLC就是那种算法,大家以
A-Z 作为例子,A属于高频数据,Z属于低频数据。看看它是何等做的。

CABAC也是给高频数据短码,给低频数据长码。同时还会按照上下文相关性进行压缩,那种措施又比VLC高效很多。其职能如下:

近来将 A-Z 换成摄像帧,它就成了下边的规范。

从地点这张图中明显可以见到选拔 CACBA 的无损压缩方案要比 VLC 高效的多。

     4月20号

小结

迄今为止,大家就将H264的编码原理讲完了。本篇小说紧要讲了以下以点内容:

  1. 简音介绍了H264中的一些基本概念。如I/P/B帧, GOP。
  2. 详细讲解了H264编码的基本原理,包蕴:
  • 宏块的细分
  • 图像分组
  • 帧内压缩技术原理
  • 帧间缩减技术原理。
  • DCT
  • CABAC压缩原理。

梦想以上内容能对你有所协助。谢谢!

 
 这几天就住在城墙边的书院青年旅馆里,一家分外棒的青旅。上午九点多就醒了,今天从不安顿,因为12点事先要退房,想再睡一觉到11点再起来,可睡不着,刷了一钟头的今日头条,11点起床洗漱收拾东西,办理完退房手续,买了些明信片,然后坐在3号庭院的沙发上挨到一点多,可肚子在对抗,背着包走吧,走了一站路到达钟楼附近,进了家面馆,味千烩面,我要了最有利的,还要25元,量就那么一些,而且店里的餐巾纸是收费的!奸商!现在自我正坐在这家店里写着日志!

                                           二零一五年3月于德雷斯顿

                                                 我是sl姚想以后

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