传输码率要求和图像解析度

H.265会有哪些进展？

ZPAV具体简介(四 研发)

H.265是ITU-T VCEG正在规划中的视频编码标准，期望在2008-2010期间推出。其目标是给音视频服务提供更好的视频编码方法。音视频服务包括会话式和非会话式音视频服务。其中会话式音视频服务包括视频会议和可视电话，非会话式音视频服务包括流媒体、广播、文档下载、媒体存储/播放和数字摄像机。

H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264，保留原来的某些技术，同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置。视频编码标准的发展会更加适应各种类型的网络，比如，Internet、LAN、Mobile、ISDN、GSTN、H.222.0、NGN等网络。具体的研究内容包括：提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。

传输码率要求和图像解析度

H.263可以1.3~1.8Mbps的传输速度实现标准清晰度广播级数字电视（符合CCIR601、CCIR656标准要求的720*576）；而H264由于算法优化，可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送；H265相比h264进步更为明显，可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P（分辨率1280*720）普通高清音视频传送。

H.265会有哪些进展？

在运动预测方面，下一代算法可能不再沿袭“宏块”的画面分割方法，而可能采用面向对象的方法，直接辨别画面中的运动主体。在变换方面，下一代算法可能不再沿袭基于付立叶变换的算法族，有很多文章在讨论，其中提请大家注意所谓的“超完备变换”，主要特点是：其MxN的变换矩阵中，M大于N，甚至远大于N，变换后得到的向量虽然比较大，但其中的0元素很多，经过后面的熵编码压缩后，就能得到压缩率较高的信息流。

关于运算量，H.264的压缩效率比MPEG-2提高了1倍多，其代价是计算量提高了至少4倍，导致高清编码需要100GOPS的峰值计算能力。尽管如此，仍有可能使用目前的主流IC工艺和普通设计技术，设计出达到上述能力的专用硬件电路，且使其批量生产成本维持在原有水平。5年（或许更久）以后，新的技术被接受为标准，其压缩效率应该比H.264至少提高1倍，估计对于计算量的需求仍然会增加4倍以上。随着半导体技术的快速进步，相信届时实现新技术的专用芯片的批量生产成本应该不会有显著提高。因此，500GOPS，或许是新一代技术对于计算能力的需求上限。

ZPAV具体简介

ZPAV 是 国内音视频 压缩解压 协议，非常不同于H264MPEG4，ZPAV 的基本算法 是 小波，多级树集合群，广义小波，数学形态小波，...... ZPAV 基本算法 ：1，图象与声音分解与合成 ：小波 ；2，图象与声音前处理 ：小波子带零交叉降噪，目标纹理处理，语音处理 ；3，速率控制 ：小波子带熵速率控制 ；4，量化与反量化 ：小波子带熵量化与反量化 ；5，低频分量和高频分量的降维 ：小波子带邻域交叉降维 ；6，运动矢量和量化表的分解与合成 ：广义小波 ； 7，位面编码 ：数学形态小波，多级树集合群，嵌入零树，位面降维 ；8，位流编码 ：算术编码，熵编码 ；9，运动估计 ：宏块最优决策，运动矢量预测 ；A，运动搜索 ：钻石，大钻石，小钻石，方形 ； B，图象与声音后处理 ：低通滤波，断点重构，宏块平滑 ；C，误码纠错 ：矢量仿真，帧间仿真 。ZPAV 基本指标 ：1， 平均MIPS为100M ；2， 图象约50 ~~~ 10K Kbits/秒；（25或30帧/秒，CIF,D1,HD）3， 声音约 4 ~~~ 256 Kbits/秒；（采样率8 ~~~ 44.1 K，单双通道）4， 实时运行在 DM6?XX(TI)，pnxNNNN(PHILIPS)，BT878(X86)，SAA7130(X86)，NETWORK(X86) 等平台上 。ZPAV实现语言 ：1，C， MASM（MMX，SSE(X86)）；2，DSP_ASM（DM6?XX(TI)，pnxNNNN(PHILIPS)）；3，verilog（在开发中） 。

一 简介

ZPAV 是以小波, 降维, 剪切零树, 运动估计, 算术编码 等等算法为理论基础的 音视频编码解码协议, 具有 压缩率高, 比特率低而稳定, 应用领域广, 发展潜力大, 延拓性能好, 复杂度适中, 易于集成电路实现 等等特点, 是理想的信源编码解码协议.

1.1 基本指标 ：

项目　数值　注释

平均MIPS　750 兆/秒。　CIF<352*288>, 25帧。

图象码率　50千～10兆 比特/秒。　25或30帧/秒，CIF,D1,HD.

声音码率　4千～256千 比特/秒。　采样率8千～48千，单双通道。　二 需求

1需求

只有ZPAV能解决 3G等超低上行带宽的无线网, 超大尺寸的高清, 超大尺寸的海量数据的三维视觉等等领域 信源编码带宽"瓶颈"难题, ZPAV 将是上述领域的庞大的市场唯一选择.

2 预测

随着3G等无线网和电视的更新换代,将有数十亿个可视手机和高清用户, 将有数十亿颗芯片需求.如果芯片单价为50元人民币,年销售200万颗的总价为1亿元,不足二千万元的投资也不算很大.

三 论证

1 优势

除ZPAV以外, H264是性能最好的. H264 是以离散余弦, 可变宏块, 运动估计, 算术编码 等等算法为理论基础的 视频编码解码协议, 具有 压缩率低, 比特率高而晃动, 应用领域狭小, 发展潜力甚微, 延拓性差, 复杂度高, 兼容性差 等等特点, 是 将"退市"的 信源编码解码协议.

ZPAV远远超过H264. 前者的理论压缩率是16000倍, 远超分形类压缩算法的10000倍，而后者的只有400倍(几乎静止的序列图像等等特例除外), 是后者的40倍, 比特率是后者的几十分之一. 前者的编码能力主要依赖小波的整体聚能能力和分解级数,很少依赖运动估计,而后者的编码能力主要依赖可变宏块和运动估计.运动估计的性能受图像运动剧烈度影响,在图像剧烈运动时,运动估计的性能急剧下降,后者的比特率会因此增大异常,因而前者的比特率低而稳定,后者的比特率高而好几倍地晃动,后者的带宽成了很多应用的"瓶颈", 形成庞大的"空白市场", 这个千载难逢的大市场正是前者的大舞台.后者的压缩率接近了理论压缩率,提高的希望渺茫,离散余弦等算法历经数十年也没有什么长进,因而后者发展潜力甚小甚微. 社会要进步,科学要发展,蓬勃发展的前者取代 主要靠资金靠垄断来维持的后者,也是大势所趋,历史必然.

2.1 优势表

项目　HZPAV　H264

理论体系　小波， 降维， 剪切零树， 运动估计，算术编码， …,理论深奥新颖。　离散余弦， 可变宏块， 运动估计， 算术编码， …,理论简单陈旧。

发展潜力　理论压缩率高，目前很难实现，小波等理论方兴未艾，小波算法层出不穷，发展潜力巨大。　理论压缩率低，目前很接近了，离散余弦等算法山穷水尽， "退市"只是时间问题了。

应用前景　比特率低而稳定， 解决了3G等无线网和高清的信源编码难题，以上领域，市场巨大，前景光明。　比特率高而晃动， 是3G等无线网和高清的信源编码"瓶颈", 造成以上领域的 庞大的 "空白市场".

应用领域　可用于任何音视频编码，特别适用于手机图像等等近景图像和高清图像等等大图像。　适用于远景等相对静止图像或不受带宽太多限制的领域。

压缩率的理论值　CIF为1000倍； D1为4000倍； HD为16000倍。 （不含特例）　400倍左右。 （不含特例）

比特率的特征　比特率低而稳定。　比特率高而晃动。

压缩率的根源　主要依赖小波的聚能性能和分解级数，次要依赖运动估计和算术编码。 　主要依赖可变宏块和运动估计， 次要依赖离散余弦和算术编码。

压缩率提高的潜力　随小波算法的不同而不同；随小波算法的蓬勃发展而提高。　随离散余弦，可变宏块，运动估计，算术编码等等算法的停滞不前而不再提高。

压缩率与图像尺寸　图像增大，小波分解级数增加，压缩率增大。　图像增大，分块和矢量增加，压缩率减小。

比特率与图像运动　稳定，30%浮动，不受图像运动剧烈度 影响。 　几倍地晃动，图像运动剧烈度 影响运动估计性能，影响比特率。

复杂度　适中，主要集中在具有有快速算法的小波。　复杂，主要集中在可变宏块和运动估计。

延拓性　小波有很强的信号分析和处理能力，自身就能完成协议延拓。　需要额外的复杂算法来完成如分层编码等类的协议延拓。

兼容性　在H264"空白市场" 和"退市" 后，不存在兼容性问题。　与MPEG4, H263等等以前的版本以及各公司的版本都不兼容。　2 前途

ZPAV的压缩率远不及理论压缩率, 需要多年求证 性能更高的小波来更新换代;机器视觉和三维视觉等领域核心算法是小波, ZPAV可以凭借小波的信号分析和处理能力 延拓自身, 延拓到上述领域,发展前途不可估量.

3 必要性

3G等无线应用 需要低功耗, 高清应用和未来应用 需要高处理能力, PC和DSP 的 ZPAV 软件版本不能满足上述要求, 这就是 ZPAV 要做成芯片的主要原因.

4可行性

ZPAV通过了理论论证, 通过了C仿真和测试, 通过了PC和DSP版本的应用测试和考验, ZPAV体系结构和数据结构合理, 复杂度适中, 而且主要集中在的经过多年论证优化的小波, 剪切零树, 算术编码, 运动估计和后处理等等主要算法简洁, 而且没有浮点运算, 易于集成电路实现.

四 研发

1 研发计划

2.1 设计计划

项目　期限　注释

调研　1998年 ～ 2003年　求证聚能高的小波，效率高的剪切零树和算术编码；软件实现各种算法。

设计　2005年 ～ 2006年　设计ZPAV协议；软件实现整个协议。

发展　2010年 ～ 2025年　求索性能更高的小波来更新换代； 涉足机器视觉和三维视觉等领域。　2.2 实现计划

项目　期限　注释

应用　2006年 ～ 2009年　PC和DSP版本的设计，实现和应用。

芯片　2010年 ～ 2015年　芯片设计，实现和应用。　2.3 芯片实现计划