ISO 14496-10(视频)-Advanced Video Coding(AVC) 简明介绍

译者序
一直以来都没有找到一个较全面的AVC 介绍。于是，译者就将DOOM9 论坛上的bond大人发表的《MPEG-4 Information》中的AVC 介绍的部分翻译出来，提供给和我一样想了解这方面知识的朋友。《MPEG-4 Information》中关于AVC 的介绍包含6 个部分，分别是AVC/H.264 Profiles、编/解码器简介、SAMPLE 简介、AVC 当前的问题、AVC 相关硬件设备、更多文档链接。其中编/解码器部分、SAMPLE 简介和硬件介绍译者没有翻译。因为编/解码器在nemolus 大大写的《AVC/H.264/AAC 专题 - 软件篇》中有更详细的介绍，SAMPLE 简介都是图片，字不多，而且译者看内容也不是很重要，于是就偷懒没有翻~呵呵~想看这三部分的朋友直接阅读原文即可。

由于译者也是刚刚接触AVC，再加上英语水平有限，所以翻译出来的东西可能不能准确表达作者的原意，甚至会误解作者的意思，在这里先惭愧一下。
如果有问题，欢迎通过下面方法与译者取得联系：
网站：http://nmm.dns0755.net
Email：dgwxx@vip.sina.com
MSN：zjworks@163.com（请不要向这个邮箱里面发送邮件，因为这个邮箱已经报废了）
因为这篇文章的结构比较复杂，考虑到WEB 页发布的多种不便，因此决定不发布WEB版，只发布PDF 版。
最后，感谢原作者bond 的辛勤工作，是他们让我们能够看到这个优秀的技术文章。当然，还要感谢您的支持！
原文：http://forum.doom9.org/showthread.php?threadid=73022

ISO 14496-10 （Video） - Advanced Video Coding （AVC）
简介
AVC/H.264 是MPEG-4 标准所定义的最新，同时也是技术含量最高、代表最新技术水平的视频编码格式之一。
AVC/H.264 视频编码由ISO 的MPEG 和ITU 的VCEG 两个组织于2003 年最终定稿。
而AVC/H.264 标准本身则是由包括来自MPEG 和VCEG 专家的Joint Video Team（JVT）开发。

译注：
ISO（International Organization for Standardization）国际标准组织, 发展国际生产和质量标准的组织；
MPEG （Moving Pictures Experts Group）运动图象专家组；
ITU（International Telecommunication Union）国际电传视讯联盟；
VCEG（Video Coding Experts Group）视频编码专家组，联合国的子机构之一，制定了现在广泛应用于视频会议软件中的H.263 格式。

从MPEG 的角度来说，这个标准叫做MPEG-4 Part10（ISO 14496-10），从ITU 的角度来说，这个标准叫做H.264（ITU 文档编号）。作为这个标准的“官方名称”，Advanced Video Coding（AVC）是MPEG 由Advanced Audio Coding（AAC）这个音频格式的视频副本确定的。
AVC/H.264 Profiles
AVC/H.264 规定了多种不同的Profile：最低Profile、主要Profile、扩展Profile、高端Profile（这些Profile 本身还要划分数个等级）。
-最低Profile，也叫做底线Profile（Baseline Profile）支持I/P 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；
-扩展Profile（Extended Profile）支持I/P/B/SP/SI 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；
-主要Profile（Main Profile）提供I/P/B 帧，支持无交错（Progressive）和交错（Interlaced），同样提供对于CAVLC 和CABAC 的支持；
-高端Profile（High Profile，也叫FRExt）在主要Profile 的基础上增加了8x8 内部预测、自定义量化、无损视频编码和更多的YUV 格式（如4：4：4）。
或许只有在将来才能知道哪些Profile 或哪些功能会成为DVDRIP 的主流，但是我猜想会是Main 或是High Profile，包含下面的一些功能：

CAVLC/CABAC
AVC/H.264 为熵编码（entropy coding）规定了两个比MPEG-4 ASP 更加进步的功能，Context-Adaptive Variable Length Coding（CAVLC，前后自适应可变长度编码）和Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding （CABAC，前后自适应二进制算术编码）。CABAC 是AVC/H.264 的默认模式，与CAVLC（也叫UVLC）相比，CABAC 是一个更加强有力的压缩方式，可以将码率在降低10-15%（特别是在高码率情况下）。CABAC （CAVLC 也同样）是一个不会损伤画面的无损编码，但是会降低编码和解码的速度。

Loop/Deblocking Filter
与预处理（比如通过avisynth，作用于输入端）和后处理（通过解码器，作用于最终输出）不同，LoopFiltering 在编码处理过程中起作用。它作用于每个帧编码之后，但是在这之前，它会被用作后面帧的参考。这样处理可以尽量避免色块的出现，特别是低码率状况下。但是这样会降低编码和解码的速度。

Variable Block Sizes/Macroblock Partitions （可变区块尺寸/ 微块分割）
与MPEG-4 ASP（只使用Inter4V/4MV，区块大小可以在16x16 和8x8 之间变化）不同，AVC/H.264 将动态搜寻的精度增加到了4x4（中间包括类似8x4 等的的步长）。而且区块大小是自适应且可变的，一个优秀的编码器会聪明地为每个微块选择最有效的区块大小。

Multiple Reference Frames （多重参照帧）
与MPEG-4 ASP（只能选择前一帧进行参照）不同，AVC/H.264 可以选择不止一个帧进行内部动作搜寻，也就是说，编码器可以自行选择前一帧（像MPEG-4 ASP 那样），或是加上更前面的帧进行参照。正是由于这样（比如P 帧可能会参照最后一个I 帧之前的帧），一
种新类型的帧随之产生——IDR 帧，我们可以将其理解为不允许后面的帧向前面进行参照的I 帧。如果使用多重参照帧的话，编码和解码的速度都会减慢，而且编码、解码、剪切只能从IDR 帧开始。

译注：
按照原文恐怕不太容易理解，这里译者以自己的理解来讲解一下IDR 帧。举个例子，在一段视频中，存在以下帧：I P B P B P B B P I P B…
如果这段视频应用了多重参照帧，那么蓝色的P 帧在参照他前面的I 帧（红色）的同时，还可能会参照I 帧之前的P 帧（绿色），由于I帧前后的场景可能会有很大的反差甚至根本不同，所以此时P 帧参考I 帧之前的帧不但会没有意义，反而会造成很多问题。
所以一种新型的帧被引入，那就是IDR 帧。如果这段视频应用了多重参考帧的同时采用了IDR 帧，那么帧的顺序就会变成这样：I P B P B P B B P IDR P B… 由于IDR 帧禁止后面的帧向自己前面的帧参照，所以这回那个蓝色的P 帧就不会参照绿色的P 帧了。

Weighted Prediction （权重预测）
使用权重预测，就是在参考帧上施加权重。这么说恐怕不太明白，但是向下看就会明白多了。在渐变场景（比如画面逐渐变黑），后面的帧除了比前面的帧要暗一些，其他地方都很相似，那么权重预测就在这些地方发挥作用了。需要注意的是，权重预测对于交叉渐变（比如从一个场景渐变到另一个场景）不会有作用。

Rate Distortion Optimisation （RDO ，评价变化优化）
RDO 使编码器遇到多种不同的选择的时候，选择最有效的编码方式。RDO 并不是由AVC/H.264 专家制定的功能，但它是最先由H.264 参考软件所用到的一种决定方法。其他的编码器也可以采用RDO，比如XviD 的VHQ 模式已经运用了RDO。

当前AVC/H.264 的问题
如果你对现有的AVC 工具嗤之以鼻，你肯定发现了AVC 的一些问题：
-兼容性：目前不同的AVC 工具支持不同的容器（Container）：
.mp4：mp4 是MPGE-4 标准（ISO 14496-15）指定的AVC 容器。目前支持它的编码器有Nero、Sorenson、Envivio 和Moonlight。
.mpg：mpg 是MPEG-2 标准（ISO 13818-1,AMD3）指定的AVC 容器。目前支持它的编码器有：Mainconcept 和Moonlight。（蓝光BD-ROM 也会使用这种容器，具体请参见http://www.blu-ray.com）
.avi：使用AVI 作为容器是不标准的，并且会造成不兼容的问题。使用AVI 可能妨碍AVC 的一些功能的发挥，也可能会损伤回放的质量，或者降低解码速度。目前支持avi 的编码器有VSS、x264（mencoder 和x264 的vfw 都支持）、mpegable。
.264/.h264：通常是参考编码器输出的作为例子的源图像。（mencoder 中的x264 也可以输出.264，mp4creator 可以从.mp4 种Demux 出来）

-速度：当前一些编码器的速度很慢（大多是商业预览版）。尽管x264 和NeroDigital’s AVC看起来提供了不错的速度和后质量，但是它们仍然改变不了AVC 在一些较老的CPU 上极为耗时的事实。

更多文档
如果你想了解更多关于AVC 的信息，就看看：http://www.vcodex.com/h264.html。这里不但有更详细的介绍，更包含了一些技术层面的东西。
一些总结性的信息可以在http://www.moonlight.co.il/tech_h264.php 和http://www.dspr.com/www/technology/technology.htm 找到。
AVC 测试结果可以在http://www.chiariglione.org/mpeg/working_documents/mpeg-04/avc/avc_vt.zip 和http://82.2.167.24/Uploaded_Files/Doom9_Forum_files/AVC_Verification_Test_Results（mht）.zip 找到（HTML 版本）

全部AVC 工程设计书可以在这里下载到：
http://www.dspr.com/www/technology/JVT-G050.pdf
蓝光光盘的技术信息可以在这里找到：
http://www.blu-raydisc.com/Section-13628/Index.html

作者：bond dgwxx(译) 来源：Dreamland