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Hi3510的H.264编解码器的设计 | 2009-8-16 19:53:00

已有 1070 次阅读  2009-09-04 15:04   标签编解码器  设计 

解码器(Decoder),是一种输入模拟视频信号并将它转换为数字信号格式,以进一步压缩和传输的硬件/软件设备。像视频的mpeg4,音频的mp3,ac3,dts等,这些编码器可以将原始数据压缩存放,刚才都是常用的编码格式,还有些专业的编码格式,一般家庭基本不会用到。为了在家用设备或者电脑上重放这些视频和音频则需要用到解码软件,一般称为插件。比如mpeg4解码插件ffdshow,ac3解码插件ac3fliter等。只有装了各种解码插件你的电脑才能重放这些图像和声音。

H.264是ITU-T和ISO/IEC联合制定的最新编码标准,它最先由ITU-T于1997年提出,目标是提出一种更高性能(相对于当时的H.263)的视频编码标准。相对于其它标准,H.264具有以下特点:

(1) 码率低。和MPEG-2等压缩技术相比,在同等图像质量下,采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG-2的1/2~1/3。显然,H.264压缩技术的采用将大大节省存储容量、信道带宽及用户的下载时间和数据流量收费。

(2) 图像质量高。H.264能提供连续、流畅的高质量图像。

(3) 应用范围广。H.264的不同Profile既可以应用于有严格时延限制的实时通信中,也可以应用于对时延要求不高的其他应用中(如视频存储、流媒体等等)。

(4) 鲁棒性。H.264在设计时,针对分组交换网如Internet中的分组丢失和无线网络中比特误码都提出了相应的工具,使得H.264在这些网络中传播时具有更强的抗误码性能。

(5) 对各种网络的友好性。H.264中增加了NAL层,负责将编码器的输出码流适配到各种类型的网络中,从而提供了友好的网络接口。

H.264之所以能够达到以上性能,是因为采用了以下一些先进的技术:

首先是帧内预测编码,充分利用图像空域相关性,来降低码率。根据像条编码类型,每个宏块可以选择几种编码类型之一。共有13种预测模式(4×4块大小9种预测模式,16×16块大小4种预测模式),这在以往标准中是没有的。

其次是采用新的快速运动估值算法UMHexagonS(中国专利),它是一种运算量相对于H.264中原有的快速全搜索算法可节约90%以上的新算法,全名叫“非对称十字型多层次六边形格点搜索算法”(unsymmetrical-cross muti-hexagon search),这是一种整像素运动估值算法。由于它在高码率大运动图像序列编码时,在保持较好失真率性能的条件下,运算量十分低,已被H.264标准正式采纳。H.264有7种块匹配模式,编码时对其逐一计算,选择最优。例如较为精细的部分采用4×4块大小,不运动的背景可以采用16×16块大小等等。以往标准只有固定的一种或者两种块大小模式。H.264采用多帧参考,最大限度地利用实域相关性。参考帧可以从1帧到15帧,以往标准都是单帧参考。还有采用1/4或1/8精度的亚象素运动估计,以往标准至多采用1/2精度亚象素搜索,而且不是必选选项。为了消除视频编码中常出现的块效应,H.264使用了去块效应滤波器。

H.264还采用了整数DCT变换,以提高变换速度,采用CAVLC,CABAC等新的熵编码方法以提高编码效果。

H264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段,在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。H.264因具有较低的传输比特率且对存储的要求较低,基本系统无需使用版权,具有开放的性质,目前有望取代MPEG-2。

解码器的外部结构可分为两种,第一种铁盒喷漆,此种比较常见,大约占解码器市场85%以上份额。第二种为铸铝外壳,市场占有10% ,有防水性好,外观大方等特点。由于铸铝外壳成本较高,使用较少,通常品牌解码器才会选用。
  在室内环境时,两种外壳的解码器功能没有区别。在室外环境时,铁盒解码器和铸铝解码器功能没有区别,但铸铝外壳解码器密封性比较好可以直接放置地面,不会发生进水等情况,而铁盒解码器由于密封性不如铸铝结构,通常被挂装在墙壁或监控杆上,配置防水接线头后,可以防止雨水进入,由于铸铝结构解码器通常比铁壳结构价格高1倍以上,所以在中低端端市场,铸铝结构外壳已经不多见了。
  铁壳外结构也有很多种,其中有一种抽拉式结构设计比较成功,现在应用也最多,抽拉式结构由两部分组成,一部分为一个下端面为空的铁盒立方体,另一部分为像一个抽屉式的L型铁板,解码板、电源等安装在铁板上,在将铁板插入铁盒,用镀锌(防锈)螺丝固定,在出线口处配置2个防水头。施工时L型铁板插入方向下,可以防止雨水灌入,保护内部电器元件。调试时可以卸下L型铁板上两个螺丝,铁板可拉下,当解码器板全部露出后,L型铁板上挂钩自动挂住解码器外壳,更方便安装。

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