h265(HEVC)编解码相关技术概述.docx

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h265(HEVC)编解码相关技术概述课件

H265(HEVC Heigh Efficiency Video Coding)介绍1 概要H.265(高效率视频编码(HEVC))是现行“H.264/MPEG-4 AVC”标准于2003年实现标准化以来时隔10年推出的新标准,将成为支撑未来十年的影像服务和产品的视频压缩技术。其特点是,支持1080p以上的4K×2K和8K×4K分辨率,将视频压缩率提高至H.264的约2倍。也就是说,能以原来一半的编码速度发送相同画质的视频。例如,按照20Mbit/秒发送的H.264格式视频内容,在相同画质的条件下用HEVC格式只需10Mbit/秒的速度。1.1 H.265发展背景H.264虽然是一个划时代的数字视频压缩标准,但是随着数字视频产业链的高速发展,H.264的局限性逐步显现,并且由于H.264标准核心压缩算法的完全固化,并不能够通过调整或扩充来更好地满足当前高清数字视频应用。视频应用向以下几个方面发展的趋势愈加明显:(1)高清晰度(Higher Definition):数字视频的应用格式从720P向1080P全面升级,在一些视频应用领域甚至出现了4K*2K、8K*4K的数字视频格式(2)高帧率(Higher frame rate):数字视频帧率从30fps向60fps、120fps甚至240fps的应用场景升级(3)高压缩率(Higher Compression rate):传输带宽和存储空间一直是视频应用中最为关键的资源,因此,在有限的空间和管道中获得最佳的视频体验一直是用户的不懈追求。由于数字视频应用在发展中面临上述趋势,如果继续采用H.264编码就出现如下一些局限性:(1)宏块个数的爆发式增长,会导致用于编码宏块的预测模式、运动矢量、参考帧索引和量化级等宏块级参数信息所占用的码字过多,用于编码残差部分的码字明显减少。即:单个宏块所表示的图像内容的信息大大减少,导致4*4或8*8块变换后的低频率相似程度也大大提高,会出现大量的冗余(2)分辨率的大幅增加,表示同一个运动的运动矢量的幅值将大大增加,H.264中采用一个运动矢量预测值,对运动矢量差编码使用的是哥伦布指数编码,该编码方式的特点是数值越小使用的比特数越少。因此,随着运动矢量幅值的大幅增加,H.264中用来对运动矢量进行预测以及编码的方法压缩率将逐渐降低。(3)并行度比较低H.264的一些关键算法,例如采用CAVLC和CABAC两种基于上下文的熵编码方法、deblock滤波等都要求串行编码,并行度比较低。针对GPU/DSP/FPGA/ASIC等这种并行化程序非常的CPU,H.264的这种串行化处理越来越成为制约运算性能的瓶颈。基于以上视频应用的发展趋势和H.264的局限性,面向更高清晰度、更高帧率、更高压缩率的高效视频编码标准(High Efficiency Video Coding)HEVC(H.265协议标准应运而生。HEVC的核心目标:在H.264/AVC high profile的基础上,保证相同视频质量的前提下,视频流的码率减少50%。在提高压缩效率的同时,允许编码端适当提高复杂度HEVC的编码框架:沿用H.263的混合编码框架,即用帧间和帧内预测编码消除时间域和空间域的相关性,对残差进行变换编码以消除空间相关性,熵编码消除统计上的冗余度。HEVC在混合编码框架内,着力研究新的编码工具或技术,提高视频压缩效率HEVC的技术创新:基于大尺寸四叉树结构的分割技术,多角度帧内预测技术,运动估计融合技术,高精度运动补偿技术,自适应环路滤波技术以及基于语义的熵编码技术。通信和广电行业的人士对HEVC的高压缩率寄予了厚望。1.2 发展历程?早在2004年,ITU-T视频编码专家组(VCEG)开始研究新技术以便创建一个新的视频压缩标准。在2004年10月,H.264/ AVC小组对潜在的各种技术进行了调查。2005年1月VCEG的会议上,VCEG开始指定某些主题为“关键技术”作进一步研究。2005年成立软件代码库称为Key Technical Areas (KTA)用来评估这些新的“关键技术。KTA的软件是在联合模型(JM)基础上由MPEG和VCEG的视频组联合开发的,项目名称暂定为H.265和H.NGVC(Next-generation Video Coding),此项目在2010年最终演化为由VCEG和MPEG合资项目也叫做按照NGVC的初步要求,在维持视觉HEVC(High efficiency video coding)。质量相同的情况下,比特率较H.264/MPEG-4 AVC的高中档(high profile),计算复杂度维持在比特率较H.264/MPEG-4 AVC的高中档的1/2至3倍之间。 “H.265” 只是作为 “高性能视频编码(HEVC)”一个昵称。20

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