2012年6月10日 星期日

淺談H.264的編碼格式

2009年 9月 29日, 17:12

H.264技術可以更有效率地壓縮及傳輸高品質影像,使得安防業者對其也抱持著高度的興趣,相關討論更是沸沸揚揚。然而,究竟該如何正確應用H.264這項新技術,以便發揮最大的壓縮功能,並且呈現最優異的畫質呢?

H.264壓縮技術並非專門針對影像監控系統所設計,而且事實上共有7種編碼格式。因此,使用者必須選對適合自家產品的編碼格式,才能夠發揮最大的效益。
H.264編碼格式的發展過程
H.264壓縮技術原本僅有Baseline Profile、Main Profile和Extension Profile三種編碼格式。但由於這三種壓縮格式無法支援高畫質光碟(HD DVD)與藍光光碟(Blu-ray DVD),因此,研發單位之後又以Main Profile為基礎,增加了High Profile、High 10 Profile、High 4:2:2 Profile及High 4:4:4 Profile等四種編碼格式,以便拓展H.264壓縮技術在高解析影像上的應用。
其中,Baseline Profile編碼格式為複雜度較低的行動視訊應用,適用於影像通訊及行動多媒體播放器。因此,支援H.264格式的監視攝影機,大多採用這種編碼格式。
然而,這種編碼格式也受到許多限制。舉例來說,雖然採用Baseline Profile編碼格式之後,壓縮率可比採用MPEG-4的同類產品提高約15%,只能支援逐條掃描(Progressive)影像,卻無法支援隔行掃描(Interlace)影像的功能。
此外,攝影機若採用Baseline Profile編碼格式,對於快速移動的物體影像,也會產生畫質劣化的情況。
若攝影機必須傳輸HD高畫質影像(128-720畫素),因為對於壓縮效率的要求較高,此時,通常會採用H.264壓縮技術中的High Profile編碼格式,因為其壓縮率可比MPEG-4提高約30%。同時,由於High Profile編碼格式還可兼顧影像品質及壓縮率,PELCO及BOSCH兩家廠商,目前都已採用H.264壓縮技術中的High Profile編碼格式。
H.264最初僅支援原始影像每個畫素的採樣值可以達到8bit,且僅限於4:2:0的色彩採樣格式。改良後的編碼技術,除可提高壓縮效率外,並放寬轉換係數數量化時至12 bit的精確度,並且增加了4:2:2以及4:4:4等色彩次採樣格式,也可支援更高的解析度。
此外,改良後的H.264編碼技術,還可以針對特定高畫質影像需求,對影像進行無破壞壓縮,並且支援RGB的格式,可以減少顏色偏差。
H.264的優點
H.264壓縮技術真正的功能,是可以有效壓縮影像的重複動作部分。其中,Baseline Profile編碼格式只能支援I幀、P幀,因此壓縮效率較差。而Main Profile編碼格式及High Profile編碼格式,除支援I幀、P幀外,還可支援B幀,因此可以提供品質較佳的壓縮效率。
有些網路監視攝影機由於必須同時傳輸MPEG-4及H.264格式的影像,因此採用H.264的Main Profile編碼格式,可節省約30%的傳輸量及記憶體容量。
目前已有歐美大廠發揮H.264壓縮技術的長處,針對影像要求嚴苛的安防產業,開發HD畫質的攝影機。

H.264的7種編碼格式
Baseline Profile
主要應用於影像通訊、行動多媒體撥放器。可支援I幀、P幀。可支援逐條掃描影像,但不可支援隔行掃描影像。
Main Profile
主要用在HDTV數位電視廣播等民生應用,但已逐漸被High Profile取代。可支援I幀、P幀及B幀,且支援逐條掃描影像及隔行掃描影像。
Extension Profile
壓縮效率較高,主要應用於IPTV或MOD等多媒體影像串流。雖可支援I幀、P幀、B幀、SP幀及SI幀,但只能支援逐條掃描影像。
High Profile
主要應用於藍光光碟與HD DVD等高密度儲存媒體的影像編碼。可支援I幀、P幀、B幀,並可支援逐條掃描影像及隔行掃描影像。
High 10 Profile
為了支援目前消費性產品,以High Profile為基礎所設計而成的編碼。可支援10bit的精確度可支援更高的解析度。
High 4:2:2 Profile
為了支援逐條掃描的影像,以High 10 Profile為基礎所設計的編碼。可支援10bit的精確度,也支援更高的解析度。另外,這個編碼格式也進一步放寬顏色次取樣至4:2:2,可減少顏色失真的情況。
High 4:4:4 Profile
以High 4:2:2 Profile為基礎所設計的編碼。相較於High 4:2:2 Profile,進一步放寬顏色次取樣至4:4:4,並放寬轉換係數量化時至12 bit的精確度,屬於不會損害壓縮檔案,而且具有多色彩空間(Color Space)的編碼方式。

H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率,在同等图像质量的条件下,H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。举个例子,原始文件的大小如果为88GB,采用MPEG-2压缩标准压缩后变成3.5GB,压缩比为25∶1,而采用H.264压缩标准压缩后变为879MB,从88GB到879MB,H.264的压缩比达到惊人的102∶1。

資料來源:http://forum.netcontrol.tw/viewtopic.php?f=49&t=877
http://baike.baidu.com/view/56322.htm

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