定义
H.264，也称为高级视频编码或MPEG-4 Part 10，是基于面向块的运动补偿编码的视频压缩标准。H.264将数字视频转换为占用非常少存储空间的格式。这使得通过互联网流式传输，播放和传输视频变得更加容易。H.264定义了各种配置文件（工具）和级别（最大分辨率和比特率） - 我们将在本文后面更深入地介绍这一点。H.264 压缩支持高达 8K 超高清的数字视频。
H.264编解码器由MPEG（运动图像专家组）和ITU（国际电信部门）共同开发。许多著名的供应商在他们自己的编解码器版本中使用 H.264 - 如 Apple 编解码器、MainConcept 编解码器、x264 编解码器等。
h.264 编解码器如何工作？
基于H.264标准的视频编解码器，压缩数字视频流，使其仅适合MPEG-2（H.262）标准的一半带宽或存储空间。使用H.264压缩，编解码器可以保持视频质量不变，而不会影响任何内容，同时将所需空间减少到原始空间的一半。H.264 视频编码器执行三个重要过程 - 预测、转换和编码 - 以提供压缩的 H.264 比特流。然后，解码器执行互补过程 - 解码，逆变换和重建 - 以产生解码的视频流。让我们详细看看H.264编码器过程：
- 预测： 编码器处理宏块（16x16 显示像素）的视频单元帧。这形成了基于先前编码数据的宏块预测 - 来自当前帧（内部预测）或来自先前编码和传输帧（内部预测）。编码器提取预测并形成残差。
- 转换和量化： 残差样本块使用离散余弦变换或 8x8 或 4x4 整数变换的近似形式进行变换。这将输出一组系数，每个系数都与标准基态的权重值相关。这些基础模式可以组合在一起，以重新创建残余样品的初始块。该输出被量化，即每个系数除以一个整数值。这样做的目的是生成一个块，其中大多数或所有系数为零，非零系数很少。
- 比特流编码： 以前生成的所有值现在都需要编码。这些值包括 - 量化系数、解码器用于重新创建预测的信息、有关压缩数据结构和所用压缩工具的信息，以及有关整个视频序列的信息。这些值和参数使用算术编码或可变长度编码进行编码，以生成初始信息的紧凑二进制信息。然后，根据要求存储或传输此比特流。
另一方面，解码器通过以下方式补充编码器的步骤：
- 比特流解码： 解码器接收压缩的比特流并解码每个语法元素。然后，它提取上述信息。这就是编码过程的反向发生方式，并重新创建一系列视频图像。
- 重新缩放和反向转换： 量化系数通过乘以整数值来重新缩放，以恢复初始缩放。此过程有助于重新创建残差数据的每个块，然后将其组合以形成宏块。
- 重建： 对于每个宏块，解码器形成编码器最初创建的宏块的最准确预测。解码器将此预测添加到解码的残差中。这导致重建解码的宏块，然后将其显示为视频帧的片段。
H.264 / AVC概述
H.264通常被称为AVC - 高级视频编码的缩写，也称为MPEG-4第10部分。H.264编码标准由ISO/IEC和ITU-T这两个标准国际机构创建。它于2003年首次出版，作为题为“建议H.264：高级视频编码”的文件的一部分。以下是 H.264 的一些功能和其他基本概述。
特征
H.264 压缩将视频容器的大小减小到原始容器的一半左右。在此过程中，基于H.264的编解码器不会在任何质量上妥协。就使其能够执行此壮举的功能而言，以下是一些功能：
- 切片结构编码： Slice可以理解为一个特定切片组中的宏块数组。它们在视频数据中提供不同的重新同步点，并确保切片边界上不会发生帧内预测。此功能使 H.264 压缩能够将数据包丢失概率和视觉降级等损失降至最低。
- 灵活的宏块排序 ： 这是一种用于重新计划宏块表示顺序的策略。这对于误差鲁棒性非常方便，在视频传输过程中具有长期的积极影响。
- 数据分区： 这是H.264的另一个关键功能，它通过将所有语法元素分发到网络抽象层单元，允许分离标头，运动信息和内部信息。
- 内部编码： 使用内部编码可以约束数据包丢失对运动补偿的影响。它还有助于终止和减少错误传播到最低限度。
- 切换图片： H.264的这一特性允许在参考信号存在差异的情况下进行预测编码。此功能可用于自适应错误恢复目的，尤其是在无线环境中。
让我们看一下 H.264 压缩上下文中的配置文件和级别。
配置文件和级别
级别和配置文件是在谈论 H.264 压缩时要考虑的两个重要参数。在配置文件方面，H.264 支持以下编码配置文件：
- Baseline
- Main
- High10
- Extended.
这些配置文件是 H.264 可用的整个编码技术的各种子集。
Baseline配置文件更易于设计，因为它仅支持所有技术的有限子集。这就是为什么它需要更少的代码行和更少的处理能力。由于这些原因，基准配置文件针对的是低功耗手持设备。另一方面，Main配置文件支持大多数编码技术。这就是为什么它需要更多的代码，内存和更大的处理能力才能正确完成解码。主配置文件由机顶盒等支持。High profile几乎支持H264的所有编码技术，专为高清和全高清而设计，软件解码器也支持。
在确定这些配置文件和找出要使用的最佳配置文件时，答案完全取决于您的最终要求。如果您仅面向 Flash 播放器，则可以仅使用“高配置文件”，但例如，如果您以 iPhone 为目标，则肯定需要使用“Baseline”配置文件对视频进行编码。
虽然配置文件有助于处理代码复杂性和处理能力，但级别都是关于处理解码器端的带宽、最大分辨率和内存问题。特定设备支持最大配置文件，具体取决于它们提供的最大分辨率和内存。较低级别是指较低的分辨率、较低的比特率和较少的存储帧的内存。从本质上讲，H.264中的级别有助于指定设备可以支持的最大视频分辨率和数据速率。例如，iPad 2的规格表明该设备可以在3.1级播放主配置文件编码的视频。同样，不同的设备具有不同的操作级别。
h.264的应用
事实证明，H.264 压缩非常适合从一个源到多个目的地的 A/V 分发。H.264在所有需要使用导线远距离传输信号的用例中都非常有用。由于这非常快并且不会影响视频质量，因此它正迅速成为数字世界的首选视频压缩格式。除此之外，H.264的应用范围非常广泛，从外部广播车，教育，运输无人机，环境监测等等。
H.264 编码器可从各种压缩工具中进行选择，这使其非常适合从低延迟、低比特率移动传输到高清或全高清消费类电视，甚至专业电视制作的各种用例。H.264 标准为传输或存储提供集成支持，其中包括量化的压缩格式和功能，可最大限度地减少传输错误的影响。H.264压缩已被证明是值得的一些应用包括：
- 高清光盘格式
- 高清电视广播
- 移动电视广播
- 互联网视频冲浪和流媒体
- 视频会议等。
为什么是 h.264 压缩？
H.264视频压缩旨在以远低于其他视频压缩格式的比特率提供最佳质量的视频。它可以在不增加复杂性或降低比特流鲁棒性的情况下完成所有这些操作。这也使H.264成为一种灵活的格式，因为它可以应用于广泛的用例并解决多个问题。
与其他视频编解码器的比较
还有各种其他压缩标准可用，但H.264最常见的比较是与H.265，MPEG2，VP9和AV1的比较。让我们简要介绍一下这些不同的编解码器是什么，以及如何找到最适合您事业的编解码器。
- H.265 / HEVC：H.265或HEVC（高效视频编码）：这是AVC的继任者，在改进或相同的视频质量下提供高达20-40%的压缩效率。与AVC一样，它支持8K超高清分辨率，但提供相对较小的文件，这使得它对于流媒体或长期传输更有效率。HEVC 设计有高级视频编码层、并行处理工具和其他重要扩展。
- AV1： AV1由AOM（开放媒体联盟）开发，是真正的下一代视频编码格式。该编解码器将 HEVC 的编码和解码能力提高了 30%，并使用低计算能力和快速硬件优化。这使其能够提供最高质量的实时视频，这些视频可以扩展到任何设备。该编解码器使用更高级的算法，旨在与Opus音频编解码器格式一起用于WebRTC和HTML5网络视频。
- VP9：这是H.265的免版税替代品，由谷歌开发。以任何方式链接到谷歌的每个视频平台 - 从浏览器，安卓手机到YouTube等 - 都支持VP9编解码器。这以与H.264相同的比特率提供了更好的视频质量，这使得它能够有效地在线流式传输和传输4K高清视频。
h.264的优势
总而言之，H.264的好处包括：
- 无缝支持分辨率超过并包括 8K 超高清。
- 即使将视频压缩到原始大小的一半，也具有极高的质量。
- H.264不断提出频繁的更新，以保持压缩算法的更新，并为下一个挑战做好准备。目前，它是第26个版本 - 于2019年6月发布。此版本见证了内容颜色体积、球体旋转、内容光照级别信息等的变化。
- H.264使用的存储空间要少得多，这对于通过IP轻松传输视频至关重要。
结论
编解码器选择是每个媒体制作者面临的一个挑战。在这种情况下，只有信息才能成为你的救世主。如果您充分了解各种压缩格式以及每种压缩格式运行良好的用例，您将做出正确的决定。H.264编解码器是一种广泛使用的压缩和解压缩格式，它完全重新定义了视频以数字方式共享和传输的方式。
