2-HEVC概览（2）

1、HEVC的特征

HEVC旨在允许运算复杂度提升的前提下，在相似视频质量情况下比H.264节省一半的比特率。依据不同应用场合的需求，HEVC编码器可以在压缩率、运算复杂度、抗误码性和编码延迟方面进行取舍和折中。相对于H.264，HEVC具有两大改进，即支持更高分辨率的视频以及改进的并行处理模式。HEVC的目标是应用与下一代高清电视和摄像系统，这些系统的特征有逐行扫描和从QVGA到4320P的多种分辨率；此外还要在噪声强度、全色度和动态范围情况下提升视频质量。

2、视频编码层

HEVC使用了其他标准广泛应用的混合编码方法，即采用帧内、帧间预测和二维变换编码。HEVC编码器首先将第一帧或随机存取点的某一I帧分割成多个块区域。当像素块仅依据当前帧的数据进行编码时，编码称作帧内编码。对于其他帧，使用了参考帧信息的编码方法称为帧间编码。预测运算和环路滤波结束后，重建图像储存于解码缓存中，可作为其他帧的参考帧。

HEVC特别为逐行扫描视频信号设计，并未专门研究隔行扫描信息。为此，HEVC发送“元流数据”来解释隔行信息如何传输：或者两场数据分别作为一帧编码，或者将两场数据合并成一帧进行编码传输。这样HEVC就不需要专门设计隔行扫描的解码器。

3.编码工具

(1）预测块尺寸

HEVC放弃了当前各种编码标准中“宏块”的概念，而是采用了一种最大可达64×64，可以根据内容进一步分解为多种尺寸的结构。HEVC首先将树形编码单元（coding tree units,CTUs），而后进一步对亮度和色度分量分解为树形编码块（coding tree blocks,CTBs)。CTB通常为64×64, 32×32或16×16，通常分块越大，编码效率越高。CTB被分割为编码单元(coding units,CUs)，CTB内CU的组织结构为四叉树结构，即一次分割产生四个小块。CUs又可进一步分割为预测单元（prediction units，PUs），该结果的属性或为帧内或为帧间，大小从64×64到4×4不等。PU使用两个参考块进行编码，即双预测编码，大小限制为8×4或4×8以节省存储带宽。预测残差由变换单元（transform units，TUs)进行编码，进行空域块变换和量化。TU的尺寸可能为32×32, 16×16, 8×8或4×4。

在2012年7月HEVC会议上，依据提案 JCTVC-J0334，HEVC Level 5及以上等级要求CTB大小至少为32×32或64×64。该决定被加入国际标准草案中作为变量Log2MaxCtbSize的限制（2012年10月会议上更名为CtbSizeY）。

（2）Internal bit depth increase (IBDI):(没看懂⋯⋯明白的哪位能给我解释一下？)

（3）并行处理工具

“马赛克”结构一帧数据被分割成多个矩形像素块，可以独立进行编码／解码。该结构的主要目的就是可以让像素块进行并行处理，甚至可以对视频流中的某一个像素块进行随机存取。

波前编码（Wavefront parallel processing ，WPP）应用于条带被分割微CTUs的行结构，且除第一行外，其余各行的解码均需要前一行的信息的情况。波前编码使熵编码器使用上一行ctus的信息，可能达到比马赛克结构更高的压缩性能。

条带slice结构再大多数情况下可以进行独立解码，而预测算法的范围通常不会超越条带的边界。这样在一定程度上改善了视频流中丢失数据的影响。slice是以光栅结构扫描的ctus集合，不同slice可以采用如ibp等不同的编码类型。

如果必须解码整个条带，则依赖型条带可以使与马赛克或WPP相关的数据处理更快。其主要目的是减少编码延迟。

（4）.熵编码

HEVC使用上下文自适应的二进制算数编码（CABAC）。该算法与H.264中的CABAC基本类似。与H.264不同的是，HEVC仅采用CABAC这一种熵编码方法。

（5）.帧内预测

HEVC指定了33种帧内预测方向模式，而H.264仅有8种。同时，HEVC也指定了DC和平面模式。帧内预测使用相邻像素块已经解码完成的数据进行预测。

（6）.运动补偿

在运动补偿中，HEVC使用半像素和1/4像素精度。HEVC中的加权预测可只用一个预测块做单预测，也可以使用两个预测块进行双预测。

（7）.反变换

HEVC指定了四种尺寸的变换单元——4×4, 8×8, 16×16和32×32——来编码预测残差。一个CTB递归地分割成4个或更多个TU，使用类DCT变换。另外，对于属于帧内预测模式的4×4亮度块，使用类DST变换。

（8）.环路滤波器

HEVC指定了两种环路滤波器，即去块滤波器(deblocking filter,DBF)和采样自适应偏移滤波器(sample adaptive offset,SAO)，均在帧间预测环路中进行。

去块滤波器：HEVC中的去块滤波器与H.264中的DBF类似，但是设计更简单，对并行设计支持更好。HEVC只采用8*8结构，而H.264采用4*4结构。HEVC的DBF滤波强度范围为0~2三级，要求先对垂直边缘进行水平滤波，然后再对水平边缘进行垂直滤波。

采样自适应偏移滤波器：SAO用于DBF之后，使用传输的查阅表进行更好地原始信号重建。对于每个CTB，SAO可以使用/禁用一种或者两种模式：边缘偏移模式或带偏移模式。边缘偏移模式将采样像素值利用四种方向梯度模式与8个边缘像素中的两个比较，并对像素进行分类：minimum,两种edges, maximum,或者neither。对于前四种模式，滤波器进行偏移操作。带偏移模式采用的偏移量基于某个单一采样值的幅度，依据该幅度分为32个不同的band。四个连续的band指定一个偏移量。SAO旨在提高图像的质量，减少带状干扰和边缘震荡效应。

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