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编程问答

H.264实验

發布時間：2024/4/30 编程问答 42 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 H.264实验小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

H.264實驗

一、H.264簡介
- 1、什么是H.264
- 2、H.264優勢
- 3、H.264特點
二、解碼.264文件，生成YUV文件
三、將YUV重新編碼為H.264文件
- 1、固定碼率，不同的GOP長度及形狀編碼
- - 1）GOP=15,2B幀
  - 2）GOP=12,2B幀
  - 3）GOP=9,2B幀
  - 4）GOP=4,1B幀
  - 5）GOP=12,無B幀
  - 6）GOP=1,全I幀
- 2、相同的GOP長度及形狀編碼，不同的碼率
- - 1）40000kb/s
  - 2）20000kb/s
  - 3）10000kb/s
  - 3）5000kb/s
  - 4）4000kb/s
  - 5）1000kb/s
  - 6）600kb/s
  - 7）200kb/s
三、分析碼流的各種編碼模式和運動矢量
四、用播放器查看所生成碼流的質量
- 1、1000kbps碼率，GOP長度15，GOP形狀2B的視頻
- 2、200kbps碼率，GOP長度15，GOP形狀2B的視頻
五、生成率失真曲線
六、分析H.264文件
- 1、SPS和PPS信息
- - 1）sps——序列參數集 (Sequence parameter set)
  - - a）profile_idc
    - b）level_idc
    - c）seq_parameter_set_id
    - d）log2_max_frame_num_minus4
    - e）pic_order_cnt_type
    - f）log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4
    - g）num_ref_frames
    - h）gaps_in_frame_num_value_allowed_flag
    - i） pic_width_in_mbs_minus1
    - j）pic_height_in_map_units_minus1
    - k）frame_mbs_only_flag
  - 2)PPS
  - - a）pic_parameter_set_id
    - b）seq_parameter_set_id
    - c） entropy_coding_mode_flag
    - d）pic_order_present_flag
    - e）num_slice_groups_minus1
    - f） num_ref_idx_l0_default_active_minus1
    - g）num_ref_idx_l1_default_active_minus1
    - h） weighted_pred_flag
    - i）weighted_bipred_idc
    - j）pic_init_qp_minus26
    - k）pic_init_qs_minus26
    - l）chroma_qp_index_offset
    - m）deblocking_filter_control_present_flag
    - n） constrained_intra_pred_flag
    - o） redundant_pic_cnt_present_flag
    - p） transform_8x8_mode_flag
    - q）pic_scaling_matrix_present_flag
- 2、以一個GOP為例分析
- - 1）每個圖像幀的類型及所用的編碼比特數、QP值
  - 2）圖像幀號為橫坐標、每幀所用比特數為縱坐標的曲線圖
  - 3）圖像幀號為橫坐標、每幀所用QP為縱坐標的曲線圖
  - 4）第一個I幀
  - 5）第一個P幀
  - 6）B幀

一、H.264簡介

1、什么是H.264

H.264是國際標準化組織（ISO）和國際電信聯盟（ITU）共同提出的繼MPEG4之后的新一代數字視頻壓縮格式。H.264是ITU-T以H.26x系列為名稱命名的視頻編解碼技術標準之一。該標準最早來自于ITU-T的稱之為H.26L的項目的開發。H.26L這個名稱雖然不太常見，但是一直被使用著。H.264是ITU-T以H.26x系列為名稱命名的標準之一，AVC是ISO/IEC MPEG一方的稱呼。
H.264，同時也是MPEG-4第十部分，是由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC動態圖像專家組（MPEG）聯合組成的聯合視頻組（JVT，Joint Video Team）提出的高度壓縮數字視頻編解碼器標準。這個標準通常被稱之為H.264/AVC（或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4 AVC或MPEG-4/H.264 AVC）而明確的說明它兩方面的開發者。
H264標準各主要部分有Access Unit delimiter（訪問單元分割符），SEI（附加增強信息），primary coded picture（基本圖像編碼），Redundant Coded Picture（冗余圖像編碼）。還有Instantaneous Decoding Refresh（IDR，即時解碼刷新）、Hypothetical Reference Decoder（HRD，假想參考解碼）、Hypothetical Stream Scheduler（HSS，假想碼流調度器）。

2、H.264優勢

低碼率（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。
高質量的圖像：H.264能提供連續、流暢的高質量圖像（DVD質量）。
容錯能力強：H.264提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的必要工具。
網絡適應性強：H.264提供了網絡抽象層（Network Abstraction Layer），使得H.264的文件能容易地在不同網絡上傳輸（例如互聯網，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。

H.264最大的優勢是具有很高的數據壓縮比率，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。舉個例子，原始文件的大小如果為88GB，采用MPEG-2壓縮標準壓縮后變成3.5GB，壓縮比為25∶1，而采用H.264壓縮標準壓縮后變為879MB，從88GB到879MB，H.264的壓縮比達到驚人的102∶1。低碼率（Low Bit Rate）對H.264的高的壓縮比起到了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4 ASP等壓縮技術相比，H.264壓縮技術將大大節省用戶的下載時間和數據流量收費。尤其值得一提的是，H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質量流暢的圖像，正因為如此，經過H.264壓縮的視頻數據，在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟。

3、H.264特點

H264標準的主要特點如下：

更高的編碼效率：同H.263等標準的特率效率相比，能夠平均節省大于50%的碼率。
高質量的視頻畫面：H.264能夠在低碼率情況下提供高質量的視頻圖像，在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸是H.264的應用亮點。
提高網絡適應能力：H.264可以工作在實時通信應用（如視頻會議）低延時模式下，也可以工作在沒有延時的視頻存儲或視頻流服務器中。
采用混合編碼結構：同H.263相同，H.264也使用采用DCT變換編碼加DPCM的差分編碼的混合編碼結構，還增加了如多模式運動估計、幀內預測、多幀預測、基于內容的變長編碼、4x4二維整數變換等新的編碼方式，提高了編碼效率。
H.264的編碼選項較少：在H.263中編碼時往往需要設置相當多選項，增加了編碼的難度，而H.264做到了力求簡潔的“回歸基本”，降低了編碼時復雜度。
H.264可以應用在不同場合：H.264可以根據不同的環境使用不同的傳輸和播放速率，并且提供了豐富的錯誤處理工具，可以很好的控制或消除丟包和誤碼。
錯誤恢復功能：H.264提供了解決網絡傳輸包丟失的問題的工具，適用于在高誤碼率傳輸的無線網絡中傳輸視頻數據。
較高的復雜度：264性能的改進是以增加復雜性為代價而獲得的。據估計，H.264編碼的計算復雜度大約相當于H.263的3倍，解碼復雜度大約相當于H.263的2倍。

二、解碼.264文件，生成YUV文件

這里我們選用老師所給的兩個264文件進行試驗。
首先需要將兩個264文件進行解碼，得到相應的YUV文件。
在這里只需要修改配置文件如下即可得到YUV文件。

三、將YUV重新編碼為H.264文件

更改B幀數量

NumberBFrames = 0 # Number of B coded frames inserted (0=not used)

2、相同的GOP長度及形狀編碼，不同的碼率

這里固定GOP長度為15幀，2B幀

1）40000kb/s

只需更改下面兩個參數即可，為了方便觀看，成功截圖只以第一個為例，剩下的給出PSNR值

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 40000 # Bitrate(bps)

2）20000kb/s

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 20000 # Bitrate(bps)

3）10000kb/s

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 10000 # Bitrate(bps)

3）5000kb/s

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 5000 # Bitrate(bps)

4）4000kb/s

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 1000 # Bitrate(bps)

5）1000kb/s

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 800 # Bitrate(bps)

6）600kb/s

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 600 # Bitrate(bps)

7）200kb/s

RateControlEnable = 1 # 0 Disable, 1 Enable Bitrate = 400 # Bitrate(bps)

三、分析碼流的各種編碼模式和運動矢量

以1000kbps碼率，GOP長度15，GOP形狀2B為例：

由圖中可看出，顯示順序為IBBPBBPBBPBBP，但由于進行了幀重排，編解碼順序為與顯示順序不同。
此處以第一組IPBB（編解碼）為例：

四、用播放器查看所生成碼流的質量

1、1000kbps碼率，GOP長度15，GOP形狀2B的視頻

2、200kbps碼率，GOP長度15，GOP形狀2B的視頻

可以看到，相比于1000kps碼率的，該圖像變得有些模糊。

五、生成率失真曲線

由生成的碼流數據可以得到以下表格

并由上表可以畫出下圖

六、分析H.264文件

1、SPS和PPS信息

用H264Visa.exe進行分析

1）sps——序列參數集 (Sequence parameter set)

當前文件profile_idc = 100，查表可知碼流檔次為High-profile。

a）profile_idc

當前文件level_idc=31，即碼流級別為3.1

b）level_idc

c）seq_parameter_set_id

當前文件seq_parameter_set_id=0

d）log2_max_frame_num_minus4

當前文件log2_max_frame_num_minus4 = 2，
計算MaxFrameNum = 2^(log2_max_frame_num_minus4 + 4）= 64

e）pic_order_cnt_type

當前序列pic_order_cnt_type=0，采用POC mode 0。

f）log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4

當前文件log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4 = 3，
計算 MaxPicOrderCntLsb
= 2^(log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4+4)=128。

g）num_ref_frames

當前文件max_num_ref_frames=16，所以參考幀最大數目為16。

h）gaps_in_frame_num_value_allowed_flag

當前文件gap_in_frame_num_value_allowed_flag=0。

i） pic_width_in_mbs_minus1

因此圖像的實際寬度為16 ×(pic_width_in_mbs_minus1+1) = 16×(39+1)= 640

j）pic_height_in_map_units_minus1

因此圖像的實際高度為16 ×(pic_height_in_map_units_minus1+1) = 16×(22+1)= 368

比對視頻信息，發現與結果一致：

k）frame_mbs_only_flag

在本文件中，frame_mbs_only_flag=1。

2)PPS

a）pic_parameter_set_id

當前文件pic_parameter_set_id=0。

b）seq_parameter_set_id

當前文件seq_parameter_set_id=0。

c） entropy_coding_mode_flag

當前文件中，entropy_coding_mode_flag=1，采用CABAC方法。

d）pic_order_present_flag

當前文件中，pic_order_present_flag=0，即條帶頭中不會出現與圖像順序有關的語法元素。

e）num_slice_groups_minus1

當前文件中，num_slice_groups_minus1=0。

f） num_ref_idx_l0_default_active_minus1

當前文件中，num_ref_idx_l0_default_active_minus1=15

g）num_ref_idx_l1_default_active_minus1

當前文件中，num_ref_idx_l0_default_active_minus1=0

h） weighted_pred_flag

當前文件中，weighted_pred_flag=1。

i）weighted_bipred_idc

當前文件中，weighted_bipred_idc=2。

j）pic_init_qp_minus26

當前文件中，pic_init_qp_minus26=0

k）pic_init_qs_minus26

當前文件中，pic_init_qs_minus26=0

l）chroma_qp_index_offset

當前文件中，chroma_qp_index_offset=-2。

m）deblocking_filter_control_present_flag

當前文件中，deblocking_filter_control_present_flag=1。

n） constrained_intra_pred_flag

當前文件中，constrained_intra_pred_flag =0。

o） redundant_pic_cnt_present_flag

當前文件中，redundant_pic_cnt_present_flag=0。

p） transform_8x8_mode_flag

當前文件中，transform_8x8_mode_flag =1。

q）pic_scaling_matrix_present_flag

當前文件中，pic_scaling_matrix_present_flag=0。

2、以一個GOP為例分析

1）每個圖像幀的類型及所用的編碼比特數、QP值

由上圖可知此文件為IPPPPP格式，只有I幀與P幀，第一個為I幀剩下全為P幀

由上圖可知I幀的編碼比特數為269928bits、QP值為26

第一個P幀比特數為5024bits、QP值為26，剩下的幀也可以這樣查看，在這里不再展示。

2）圖像幀號為橫坐標、每幀所用比特數為縱坐標的曲線圖

統計每個幀所用的bit數，可以得到下表

并由上表可以畫出下圖

3）圖像幀號為橫坐標、每幀所用QP為縱坐標的曲線圖

統計每個幀所用的QP值，可以得到下表

并由上表可以畫出下圖

4）第一個I幀

其中I幀，完全使用幀內編碼，編碼類型全部為16*16，并且其中分配bit數可看下圖，塊中格數少的分配bit數少，塊中小格多的分配bit數多

5）第一個P幀

可以看到運動矢量如下：綠色的點為運動矢量因為該例子幾乎沒有運動所以為點

如下圖所示，使用了幀內編碼和幀間編碼，綠色的格子為skip有1554個，紅色的格子為幀內編碼有57個，其中有44與1616格式，看紅色格子中小格子數量。

6）B幀

因為所提供的視頻沒有B幀，因此這里采用別的視頻對B幀講解

該幀完全使用幀間編碼。黃色為B_skip宏塊，占737/920=80.11%。

其余部分上課也與老師較完全的討論過，這里不在做截圖展示。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的H.264实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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