Tema  2.2.  Estructura  jerárquica  del  H.264  

Compresión  de  Vídeo  

Juan  A.  Michell  MarBn  Gustavo  A.  Ruiz  Robredo  

Departamento  de  Electrónica  y  Computadores  

Este  tema  se  publica  bajo  Licencia:  Crea9ve  Commons  BY-­‐NC-­‐SA  4.0  

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ESTRUCTURA DEL VIDEO EN EL H.264/AVC

El H.264 codifica las secuencias de video en una estructura jerárquica decapas o layers.

Hay cuatro tipo de capas:

o GOP o Group of Pictures.

o Imagen o picture o frame.

o Slice o parte de una frame o una frame completa.

o Macroblock o MB de tamaño 16x16.

o Block de diferentes tamaños iguales o inferiores a un MB.

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Frame

GOP

Un GOP generalmentecomienza con una frame I (intra) seguida de unasecuencia de P y/o B frames (inter).

Tipo I, P o B

Slice #0

Slice #1

Slice

BlocksMacrobloqueMB 16x16

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Tipos de Slice

Una slice es una parte de una frame (mínimo tamaño 1MB) o una framecompleta que contiene un número entero de MB.

Existen tres tipos principales:

o I slice (I o intra). Todos los MB se codifican usando intra predicciónexplotando la correlación espacial. Profile all.

o P slice (P o Predicted). Además de codificar en tipo I, algunos MBpueden ser de tipo P usando predicción inter con correlación temporalde slices I o P pertenecientes a frames anteriores. Profile all.

o B slice (B o Bi-directionally predicted). Además de codificiar un MB detipo P, algunos MB de una slice B pueden ser codificados usandopredicción inter con slices (I, P o B) de frames anteriores o futuras.Profile extended & Main.

Cada slice se procesa independientemente.

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I MB 16x16

I P Skip

I P B Skip

I slice

P slice

B slice

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Existen otros dos tipos de slice especiales para video streaming:

o SP slice (Switching P). Permite intercambio entre diferentes frames pre-codificadas. Profile extended.

o SI slice (Switching I). Permite la exacta coincidencia de un MB en unslice SP para aplicaciones de acceso aleatorio y recuperación de errores.Profile extended.

Motivación de slices tipo SP y SI:

o El ancho de banda de las redes (internet) actuales presentanfluctuaciones. Los servidores ajustan constantemente su velocidad detransmisión de datos de acuerdo a su ocupación.

o En aplicaciones de video streaming, los parámetros de codificación devideo deben modificarse y ajustarse en tiempo real.

o Cada secuencia de videos debe ser codificada en múltiples y diferentesstreams.

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GOP o Group of Pictures

GOP con solo frames tipo I (intra) o P (inter): Secuencia IP…..P

I P P P P IGOP

Valores típicos de un GOP es de 10 a 30 frames.

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El número máximo de frames referenciadas es de 16. H.

264

Frame 1 Frame 2 Frame 3 Frame 4

MPE

G-2

MPE

G-4

Frame 1 Frame 2 Frame 3 Frame 4

Máx

ima

com

pres

ión

No

reco

noce

Mov

imie

nto

perió

dico

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I0 B1

GOP

Frames tipo I, P y B. Secuencia IBBPBBP….I

B2 P3 B4 B5 P6 B7 B8 I9

Orden de codificación: I0, P3, B1, B2, P6, B4, B5, I9, P7, B7….

Orden de reproducción: I0, B1, B2, P3, B4, B5, P6, B7, B8, I9….

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Las operaciones de block-matching pueden ser extendidas para predicciónbi-direccional (tipo B), donde un block puede ser estimado a partir de unblock en:

o Frame previa.o Frame futura.

Cada block en una frame tipo B se obtiene a partir del promedio de unblock en la frame previa y frame futura.

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BitRate [Mbit/s]

PSN

R Y

[dB

]Mobile & Calendar (CIF, 30 fps)

0 1 2 3 426272829303132333435363738

PBB... with B pictures PPP... with 5 previous references PPP... with 1 previous reference

>25%

Análisis del efecto de frames tipo P y B

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SINTAXIS DEL H.264

MB

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H.264 STREAM

Diferentes maneras de enpaquetar la sintaxis del H.264.

SODB (String Of Data Bits)

o Representación binaria (real raw H.264 stream) de acuerdo alestándar ISO/IEC 14496-10

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RBSP (Raw Byte Sequence Payload)

o Es un SOBP alienado para adaptarse a un byte (8 bit) stream.

8 bit

Stop bit (=1) rbsp_alignment_zero_bit

NAL Unit (Network Abstraction Layer)

o NAL Unit es un RBSP formato con sincronización.

RBSP RBSP RBSP

NAL Unit Header Emulation_prevention_three_byte

SODB

8 bit 8 bit 8 bit

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Byte Stream Format

o Es un formato de sincronización que consiste en poner la secuencia0x000001 o 0x00000001) en cada NAL Unit.

o Por razones practicas, este formato es el más usado en almacenamientoo streaming.

NAL Unit00 00 00 01 00 00 01 NAL Unit

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Bit stream del H.264