SVC可伸縮視頻編碼技術(shù).pdf

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1、SVC可伸縮視頻編解碼技術(shù)1.SVC技術(shù)的由來及現(xiàn)狀隨著H.264國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的逐漸成熟和推廣，越來越多的視頻應(yīng)用采用H。264標(biāo)準(zhǔn)。由于存在不同的網(wǎng)絡(luò)和不同的終端，客戶對(duì)于視頻編碼的可伸縮性方面的要求也越來越迫切，因此SVC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的熱門話題，勢(shì)必將引領(lǐng)下一代網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)的發(fā)展方向。SVC，即ScalableVideoCoding，可伸縮視頻編解碼，是一種能將視頻流分割為多個(gè)分辨率、質(zhì)量和幀速率層的技術(shù)，SVC是對(duì)規(guī)定設(shè)備如何對(duì)多層視頻流進(jìn)行編碼和解碼的H。264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，被

2、稱為H.264‐SVC。2005年1月，ISO的MPEG和ITU‐T的VCEG聯(lián)合將SVC的擴(kuò)展集草案提交給聯(lián)合視頻組（JVT）討論，聯(lián)合視頻組（JVT）將此標(biāo)準(zhǔn)定為H.264‐SVC標(biāo)準(zhǔn)。此后，每次JVT的會(huì)議都圍繞著SVC技術(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和完善。H.264‐SVC在2007年10月成為正式標(biāo)準(zhǔn)。SVC技術(shù)將收發(fā)的數(shù)據(jù)分為一個(gè)小的基礎(chǔ)層和多個(gè)可提高分辨率、幀速率和質(zhì)量的其它可選層組成的多層視頻流，這種分層方式可以大大提高設(shè)備相互通信時(shí)的誤碼彈性和視頻質(zhì)量，而且對(duì)帶寬沒有很高的要求。另外，一個(gè)多層SVC視頻流可以支持

3、多種設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。SVC技術(shù)使低碼流下的傳輸和解碼成為可能，對(duì)于部分碼流采用低的時(shí)間或者空間分辨率、或者低的保真度（高壓縮率），而對(duì)于部分碼流保留高的重建質(zhì)量，簡(jiǎn)而言之，SVC被設(shè)計(jì)為向傳輸和存儲(chǔ)應(yīng)用提供各種增強(qiáng)功能，SVC技術(shù)逐漸成為當(dāng)前國際上對(duì)于視頻編碼技術(shù)的研究熱點(diǎn)。2.SVC分級(jí)編碼的概念1/16H。264‐SVC以先進(jìn)視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)H。264AVC為基礎(chǔ)，并高度利用了原始編解碼器的各種工具以及概念。然而，它產(chǎn)生的編碼視頻是空間上臨時(shí)可擴(kuò)展的，并且是在視頻質(zhì)量方面可擴(kuò)展的。編碼器產(chǎn)生的碼流包含一個(gè)或多個(gè)可以單獨(dú)

4、解碼的子碼流，子碼流可以具有不同的碼率，幀率和空間分辨率。分級(jí)的類型：時(shí)域可分級(jí)（Temporalscalability）：可以從碼流中提出具有不同幀頻的碼流?？臻g可分級(jí)（Spatialscalability）：可以從碼流中提出具有不同圖像尺寸的碼流。質(zhì)量可分級(jí)（Qualityscalability）：可以從碼流中提出具有不同圖像質(zhì)量的碼流。圖2‐0分級(jí)類型示意圖SVC技術(shù)引入了一種原始H.264AVC編解碼器在編碼視頻內(nèi)的各層不存在的概念，基礎(chǔ)層對(duì)視頻流的最低臨時(shí)、空間和品質(zhì)表現(xiàn)進(jìn)行編碼；增強(qiáng)各層利用基礎(chǔ)層作為起點(diǎn)，

5、對(duì)附加信息進(jìn)行編碼，從而在解碼過程中把編碼結(jié)果用于重構(gòu)高質(zhì)量、高分辨率或臨時(shí)的視頻版本。通過對(duì)基礎(chǔ)層以及僅僅是所需要的后來增強(qiáng)層進(jìn)行解碼，解碼器能夠以所希望的特征產(chǎn)生一種視頻流。在編碼的過程中，要利用僅僅對(duì)較低級(jí)各層的參考，小心地解碼一個(gè)特殊層。以這種方式，編碼流可以在任意點(diǎn)被刪節(jié)，但是，仍然維持有效的、可解碼的視頻流。2/16圖2‐1SVC編碼器結(jié)構(gòu)圖2‐2H.264SVC分層結(jié)構(gòu)這種分層方法讓所生成的一個(gè)編碼流能夠被刪節(jié)以限制所消耗的帶寬或者降低解碼計(jì)算的要求。刪節(jié)過程完全通過從編碼視頻流提取所需要的各層而構(gòu)成，這

6、個(gè)過程甚至能夠在網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行。為了實(shí)現(xiàn)臨時(shí)的可擴(kuò)展性，H。264SVC鏈接其參考幀以及預(yù)測(cè)幀，這與傳統(tǒng)的H。264AVC編碼器稍微不同。SVC采用分層預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，如圖2‐3所示，而不是傳統(tǒng)的內(nèi)幀（I幀）、雙向幀（B幀）以及預(yù)測(cè)幀（P幀）的關(guān)系。3/16圖2‐3傳統(tǒng)的I、P和B幀的關(guān)系分層結(jié)構(gòu)定義最終視頻流的臨時(shí)分層。圖2‐4描述了可能的分層結(jié)構(gòu)。在這個(gè)特殊的例子中，各幀僅僅根據(jù)上次出現(xiàn)的各幀進(jìn)行預(yù)測(cè)。這就確保該結(jié)構(gòu)不僅僅展示臨時(shí)的可擴(kuò)展性，而且顯示了低的延遲。圖2‐4在SVC中的分層預(yù)測(cè)幀這個(gè)方案具有四個(gè)嵌套的臨時(shí)層：T0

7、（基礎(chǔ)層）、T1、T2和T3。由T1和T2各層構(gòu)成的幀僅僅由T0層中的各幀預(yù)測(cè)。在T3層中的各幀僅僅由T1或T2各層中的各幀來預(yù)測(cè)。為了以3.75幀每秒的速度播放編碼幀，僅僅構(gòu)成T0的各幀需要被解碼。所有的其它各幀可以被丟棄。為了以7.5fps的速度播放，要對(duì)構(gòu)成T0以及T1的各層進(jìn)行解碼。在T2和T3中的各幀被丟棄。類似地，如果構(gòu)成T0、T1和T2的各幀被解碼，所得到的視頻流將以15fps的速度播放。如果所有幀均被解碼，那么，完全的30fps視頻流被恢復(fù)。4/16圖2‐5H.264‐AVC和H.264‐SVC相比之下

8、，在H.264AVC中，不管需要的顯示率是什么，所有幀均需被解碼。為了轉(zhuǎn)換至一個(gè)低帶寬網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)視頻流均需要被解碼，不需要的幀可以被丟棄，然后，重新編碼。在H.264SVC中的空間可擴(kuò)展性遵循類似的原則，在這一情形下，較低分辨率的各幀被編碼為基礎(chǔ)幀。經(jīng)解碼和上行采樣的基礎(chǔ)幀被用于對(duì)較高階各層進(jìn)行預(yù)測(cè)。重構(gòu)原始場(chǎng)景細(xì)節(jié)所需要的附加信