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??? 編解碼器" title="編解碼器">編解碼器被用于壓縮視頻，以減小傳輸視頻流" title="視頻流">視頻流所需要的帶寬，或者，降低把視頻文件存檔所需要的存儲空間。這種壓縮的代價就是增大計算要求：壓縮比越高，對計算能力的要求就越高。

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??? 在帶寬與計算要求之間做出折中，對于定義承載編碼視頻流所需要的最小信道帶寬以及編碼設備的最小指標均有影響。在傳統的像廣播電視機這樣的視頻系統中，解碼器的最小規范(在機頂盒的情形下)易于被定義。

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??? 然而，目前視頻被越來越多地由各種各樣的應用所采用，相應地，有各種各樣的客戶設備，這些設備包括從計算機觀看互聯網視頻，到便攜式數字助理(PDA)以及小巧的蜂窩電話。針對這些設備的視頻流必需是不同的。

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??? 為了更好地兼容特定的觀看設備以及信道帶寬，必須采用不同的設置對視頻流多次編碼。每一個設置的組合必須向用戶產生一個滿足視頻流傳輸所需帶寬的視頻流以及對觀看設備進行解碼的能力。如果原始解壓視頻流不可用，那么，編碼視頻流必須首先被解碼，然后采用新的設置進行解碼。這種做法是十分昂貴的。

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??? 在理想的情形下，視頻僅僅以高效率的編解碼器被編碼一次。如果經過解碼的話，得到的視頻流會產生全分辨率的視頻。此外，在理想的情形下，如果較低分辨率或帶寬的視頻流需要被進一步延伸至網絡之中，以鎖定較低性能的設備，那么，可以不必采取附加的處理，就能夠發送一小部分的編碼視頻。這種較小的視頻流便于解碼并產生較低分辨率的視頻。以這種方式，編碼視頻流自身就能夠適應它需要經過的信道帶寬以及目標設備的性能。這些就是可擴展" title="可擴展">可擴展視頻編解碼器" title="視頻編解碼器">視頻編解碼器的品質所在。

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H.264 可擴展視頻編解碼器

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??? 擴展至H.264的可擴展視頻編解碼器(H.264 SVC)，被設計來傳遞上述理想情形的各種好處。它以H.264先進視頻編解碼器標準(H.264 AVC)為基礎，并高度利用了原始編解碼器的各種工具以及概念。然而，它產生的編碼視頻是空間上臨時可擴展的，并且是在視頻質量方面可擴展的。也就是說，它能夠產生不同幀速率、分辨率或質量等級的解碼視頻。

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??? SVC擴展引入了一種原始H.264 AVC編解碼器—在編碼視頻內的各層—不存在的概念。基礎層對視頻流的最低臨時、空間和品質表現進行編碼。增強各層利用基礎層作為起點，對附加信息進行編碼，從而在解碼過程中把編碼結果用于重構高質量、高分辨率或；臨時的視頻版本。

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??? 通過對基本層以及僅僅是所需要的后來增強層進行解碼，解碼器能夠以所希望的特征產生一種視頻流。圖1所示為H.264 SVC流的分層結構。在編碼的過程中，要利用僅僅對較低級各層的參考，小心地解碼一個特殊層。以這種方式，編碼流可以在任意點被刪節，但是，仍然維持有效的、可解碼的視頻流。

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圖1：H.264 SVC分層結構

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??? 這種分層方法讓所生成的一個編碼流能夠被刪節以限制所消耗的帶寬或者降低解碼計算的要求。刪節過程完全通過從編碼視頻流提取所需要的各層而構成。這個過程甚至能夠在網絡中執行。

圖2：調節等級以降低帶寬和分辨率

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??? 也就是說，隨著視頻流從高帶寬轉換為較低帶寬的網絡(例如，通過WiFi鏈路從以太網轉換至手持)，要針對可用的帶寬調節視頻流的大小。在上述例子中，要針對無線鏈路的帶寬調節視頻流的大小以及手持解碼器的解碼能力。圖2顯示了個人電腦把低帶寬的視頻流轉為為移動設備視頻流的例子。

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H.264 SVC揭秘

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??? 為了實現臨時的可擴展性" title="可擴展性">可擴展性，H.264 SVC鏈接其參考幀以及預測幀，這與傳統的H.264 AVC編碼器稍微不同。SVC采用分層預測結構，如圖3所示，而不是傳統的內幀(I幀)、雙向幀(B幀)以及預測幀(P幀)的關系。

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圖3：傳統的I、P和B幀的關系

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??? 分層結構定義最終視頻流的臨時分層。圖4描述了可能的分層結構。在這個特殊的例子中，各幀僅僅根據上次出現的各幀進行預測。這就確保該結構不僅僅展示臨時的可擴展性，而且顯示了低的延遲。

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圖4：在SVC中的分層預測幀

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??? 這個方案具有四個嵌套的臨時層：T0 (基礎層)、T1、T2和T3。由T1和T2各層構成的幀僅僅由T0層中的各幀預測。在T3層中的各幀僅僅由T1或T2各層中的各幀來預測。

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??? 為了以3.75幀每秒的速度播放編碼幀，僅僅構成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，要對構成T0以及T1的各層進行解碼。在T2和T3中的各幀被丟棄。類似地，如果構成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。

相比之下，在H.264 SVC(對于Baseline Profile來說，僅僅雙向預測幀被應用)中，不管需要的顯示率是什么，所有幀均需被解碼。為了轉換至一個低帶寬網絡，整個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。

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??? 在H.264 SVC中的空間可擴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幀。經解碼和上行采樣的基礎幀被用于對較高階各層進行預測。重構原始場景細節所需要的附加信息被編碼為一個獨立的增強層。在某些情形下，重用運動信息能夠進一步增加編碼效率。

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??? H.264 SVC的典型應用是監控系統(Stretch公司在這個領域提供市場領先的解決方案，請訪問其網站了解更多的細節)。以IP攝像機把視頻饋入視頻內容被存儲的控制間的情況為例，在視頻流上要運行基本運動監測分析。在控制間顯示器上，以攝像機最大的分辨率(1280 x 720)觀看饋入的視頻，并以D1 (720 x 480)的分辨率存儲在保存光盤空間上。第一反應團隊也在現場反應車內的移動終端上接入視頻流。那些顯示器的分辨率是CIF (352 x 240)，而視頻流的伺服速率為7fps。

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??? 在利用H.264 AVC實現的過程中，首要約束可能就是該攝像機伺服多個視頻流。在這個例子中，一個分辨率為1280x720，而另一個分辨率為720 x 480。在就給攝像機增加了額外的成本，但是，讓視頻流可以在控制間被直接記錄，與此同時，另一個視頻流被解碼和顯示。

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??? 如果沒有這一功能，那就需要采用昂貴的解碼、重定尺寸以及重新編碼步驟。D1流也可以被解碼并重新調節大小，以轉換為CIF分辨率，從而饋入在視頻流上運行的視頻分析(工具)上。CIF分辨率在時間上驟減以實現每秒7幀以及重新編碼，以便讓第一反應車通過無線鏈路加以利用。圖5顯示了利用H.264 AVC可能實現的一個系統。

圖5：H.264 AVC的視頻監控應用。

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??? 利用H.264 SVC編解碼器，就可以放寬對攝像機伺服多個視頻流的要求，降低系統復雜性，壓縮攝像機與控制間之間的網絡帶寬。完整的1280 x 720視頻流現在可以被存儲在網絡視頻刻錄機(NVR)上，這些文件可以被方便地分解，以創建D1(或CIF)視頻流，從而在給定的時期之后把光盤空間騰空出來。CIF視頻流可以直接由NVR伺服，以實現分析工作，而降低了幀速率的第二視頻流可以被提供給第一反應車使用。圖6顯示了H.264 SVC的一種可能的實現方案。

圖6：H.264 SVC視頻監控應用。

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??? 因此，根本沒有必要在視頻流本身上進行操作，在業已存儲的文件上進行操作就足夠了。其優勢是明顯的：

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本文小結

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??? 可擴展視頻編解碼器已經被開發了許多年。廣播行業嚴格地受到業已建立的各種標準的控制，因此在采用這一技術上一直反應遲緩。處理器、傳感器以及顯示技術的進步正在點爆各種視頻應用。互聯網以及IP技術正無縫地把視頻伺服至更為不同和遠程的由顯示設備構成的社群。可擴展視頻編解碼器----如H.264 SVC滿足了許多這些系統的需求，并且它們可能促使視頻被廣泛采納為通信媒介的催化劑。

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關于作者

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??? Mark Oliver是Stretch公司的產品市場營銷總監。作為英國本地人，Oliver在利茲大學獲得了電氣和電子工程學為。在就職于惠普公司的十年期間，他在歐洲和美國曾經管理惠普公司的工程和制造功能部門，之后，在一些與視頻相關的初創公司中領導產品市場營銷以及應用活動。在加盟Stretch公司之前，他曾任賽靈思公司DSP部門內部視頻與成像產品的市場營銷管理人員。