HEVC关键技术资料.docx

HEVC关键技术 2.1 引言 视频编码标准主要由两大国际组织开发，即ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)和ISO/IEC(国际标准化组织/国际电工委员会)，ITU-T开发了H.261 REF _Ref363900323 \r \h \* MERGEFORMAT [1]和H.263 REF _Ref363900334 \r \h \* MERGEFORMAT [2]，ISO/IEC开发了MPEG-1 REF _Ref363900373 \r \h \* MERGEFORMAT [3]和MPEG4 Visual REF _Ref363900381 \r \h \* MERGEFORMAT [4]，两大组织合作开发了H.262/MPEG-2 Video REF _Ref363900389 \r \h \* MERGEFORMAT [5]以及H.264/MPEG-4 AVC REF _Ref363900397 \r \h \* MERGEFORMAT [6]，这两个合作开发的视频标准得到了广泛的应用，尤其是H.264/MPEG-4 AVC，其应用领域包括高清卫星电视广播、有线电视、视频采集/编辑系统、便携摄像机、视频监控、网络和移动互联网视频传播、蓝光光盘、以及视频聊天、视频会议和网真系统等实时视频应用场景。H.264/MPEG-4 AVC基本覆盖了所有数字视频应用领域并替代了其他一些视频标准。 然而，随着服务多样化的增加、高清视频的流行、以及超高清格式(4k×2k或8k×4k)的出现，市场上需要比H.264/MPEG-4 AVC性能更优的视频编码标准。另外，随着移动设备和平板电脑的兴起，人们对视频点播服务需求量不断增大，对视频质量和分辨率要求也不断提高，从而对现有网络带宽造成很大的威胁和挑战。因此，针对这些应用，市场需要比H.264/MPEG-4 AVC更高效的视频编码标准。在这样的背景下，HEVC作为新一代的视频编码标准应运而生，HEVC(High Efficiency Video Coding)是由ITU-T的VCEG(Video Coding Expert Group)和ISO/IEC的MPEG(Moving Picture Experts Group)联合开发，合作开发组称为JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding) REF _Ref363900533 \r \h \* MERGEFORMAT [7]，JCT-VC从2010年4月开始第一次会议，从世界各大公司、高校和研究机构征集新标准的提案，在2013年1月发布了HEVC的第一版，确定了HEVC的基本框架和内容，之后HEVC仍会不断扩展其内容和功能以适应不同场景的应用需求，如对多种颜色空间格式的支持，SCC(Screen Content Coding)，3D视频编码，可伸缩视频编码等。ISO/IEC将会把HEVC称为MPEG-H Part2 (ISO/IEC 23008-2)，ITU-T可能会把HEVC称为H.265。 HEVC的设计目标是在同等图像质量下，比H.264/AVC的比特率降低50%，其设计侧重点主要有两个方面，即针对高分辨率视频和增加并行处理结构的运用。和以前的ITU-T和ISO/IEC开发的视频标准一样，HEVC采用了基于分块结构的编码流程，图2-1为HEVC编码器结构图，其中包括块分割、帧内预测、帧间预测、运动估计/运动补偿、正变换/反变换、量化/反量化、熵编码、以及环路滤波等。 图2-1 HEVC视频编码器 2.2 基于四叉树策略的编码单元分割 和传统视频编码标准一样，HEVC先将一帧数据分割为若干二维对称结构的编码单元，再逐个进行处理。HEVC定义了3种块分割单元，分别是CU（Coding Unit），PU（Prediction Unit），和TU(Transform Unit)。 CU是最基本的二维对称结构编码单位，和H.264/AVC中的“宏块”作用相似，唯一不同的地方是CU的大小没有严格的限制，如CU大小可以是64×64、32×32、16×16、和8×8。除了以帧为单位的环路滤波外，其他编码环节如帧内/帧间预测、变换、量化、以及熵编码都是以CU为单位进行的。最大的CU称为LCU（Largest Coding Unit），最小的CU称为SCU（Smallest Coding Unit），LCU和SCU的大小一般限制为2的整数次幂且大于等于8。一帧图像可以认为是由互相不重叠的LCU组合而成，由于CU是二维对称结构，对LCU的进一步分割是以递归四叉树方式进行的。具体如图2-2所示。 图2-2 CU递归四叉树分割结构 如果已知LCU的大小和递归分割的最大深度，就知道这个LCU