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H.264,又被称为AVC(Advanced Video Coding),是2003年由ITU-T和ISO共同制定的视频压缩标准,被誉为新一代的视频编码标准。它的出现解决了视频压缩与质量之间长期存在的矛盾,显著提升了编码效率,使得在同样的视频质量下,数据传输速率可以降低约50%,或者在相同的码率下,视频的信噪比有显著提升。
H.264编码原理的核心在于采用了更高级别的压缩技术,包括熵编码、运动估计与补偿、帧内预测、多参考帧、自适应量化、变换和熵编码等。熵编码如上下文自适应二进制算术编码(CABAC)和上下文自适应变量长度编码(CAVLC),能更有效地编码视频信息。运动估计与补偿通过寻找最佳匹配块来减少时间域内的冗余信息,帧内预测则利用当前帧内的像素信息预测未来像素值,减少空间冗余。多参考帧技术允许编码器利用多个已编码的帧作为参考,优化预测过程。
在解码器方面,H.264标准定义了如何从码流中恢复原始视频数据。解码器首先解析码流的句法结构,理解编码器的决策过程,然后执行逆变换、反量化、运动补偿等操作,最终重建原始图像。
H.264的实现涵盖了硬件和软件两个层面。硬件实现通常在芯片或专用硬件模块中完成,以满足实时编码和解码的需求,而软件实现则更多地应用于各种平台和设备,如智能手机、个人电脑等,通过优化算法和利用多核处理器提高效率。
本书除了深入探讨H.264外,还介绍了数字视频和视频编码的基本概念,以及之前的视频编码标准,如H.263和MPEG-4,帮助读者建立完整的知识体系。特别地,第7章对H.264码流的句法和语义进行了详细阐述,这是理解和分析H.264码流的关键。此外,书中还关注了在实际应用中,H.264视频编码传输的质量保证服务(QoS),这对于网络视频传输至关重要。
总体而言,H.264编码原理与应用不仅适用于通信、广播电视专业的本科教学,也是研究生和科研人员深入研究的宝贵资料,同时对视频技术从业者和相关服务提供者具有很高的参考价值。通过深入学习,读者将能够掌握H.264的理论基础和实际应用,为视频编码和通信领域的工作奠定坚实基础。