HEVC(H.265)的技術亮點

本文介紹H.265視頻編碼標準的一些主要技術,部分內容是摘抄的,順帶附一份H.265的標準技術文檔。

       H.265是有JCTV組織制定,大約每三四個月會開一次會議,各標準制定成員會提交各自的技術提案進行pk,本人有幸參加了一次H.266標準制定的會議,場面相當激烈啊,各個公司之間的利益博弈,JCTVC(Joint CollaborativeTeam on Video Coding )  是有ITU和MPEG聯合成立的,以前他們是獨立制定標準的,後來這兩大組織開始聯合制定更加高效的標準,本文概括介紹H.265的主要技術,後面的博客會詳細闡述。

    

作爲新一代視頻編碼標準,HEVC(H.265)仍然屬於預測加變換的混合編碼框架。然而,相對於H.264,H.265 在很多方面有了革命性的變化。HEVC(H.265)的技術亮點有:
1.      靈活的編碼結構
H.265中,將宏塊的大小從H.26416×16擴展到了64×64,以便於高分辨率視頻的壓縮。同時,採用了更加靈活的編碼結構來提高編碼效率,包括編碼單元(Coding Unit)、預測單元(Predict Unit)和變換單元(Transform Unit)。

其中編碼單元類似於H.264/AVC中的宏塊的概念,用於編碼的過程,預測單元是進行預測的基本單元,變換單元是進行變換和量化的基本單元。這三個單元的分離,使得變換、預測和編碼各個處理環節更加靈活,也有利於各環節的劃分更加符合視頻圖像的紋理特徵,有利於各個單元更優化的完成各自的功能。

2.      靈活的塊結構——RQT(Residual Quad-tree Transform)
RQT是一種自適應的變換技術,這種思想是對H.264/AVCABTAdaptive Block-size Transform)技術的延伸和擴展。對於幀間編碼來說,它允許變換塊的大小根據運動補償塊的大小進行自適應的調整;對於幀內編碼來說,它允許變換塊的大小根據幀內預測殘差的特性進行自適應的調整。大塊的變換相對於小塊的變換,一方面能夠提供更好的能量集中效果,並能在量化後保存更多的圖像細節,但是另一方面在量化後卻會帶來更多的振鈴效應。因此,根據當前塊信號的特性,自適應的選擇變換塊大小,可以得到能量集中、細節保留程度以及圖像的振鈴效應三者最優的折中。
3.採樣點自適應偏移(Sample Adaptive Offset)
SAO在編解碼環路內,位於Deblock之後,通過對重建圖像的分類,對每一類圖像像素值加減一個偏移,達到減少失真的目的,從而提高壓縮率,減少碼流。
採用SAO後,平均可以減少2%~6%的碼流,而編碼器和解碼器的性能消耗僅僅增加了約2%
4.自適應環路濾波(Adaptive Loop Filter)
ALF在編解碼環路內,位於DeblockSAO之後,用於恢復重建圖像以達到重建圖像與原始圖像之間的均方差(MSE)最小。ALF的係數是在幀級計算和傳輸的,可以整幀應用ALF,也可以對於基於塊或基於量化樹(quadtree)的部分區域進行ALF,如果是基於部分區域的ALF,還必須傳遞指示區域信息的附加信息,在標準制定的後期,此技術被移除標準,但是在266的探索階段,此技術又被加入參考軟件,不知道第一次call for proposal 會不會移除該技術,由於其實現複雜度較大,且對視頻的主觀性能提升較小,客觀性能提升很大。
5.並行化設計
當前芯片架構已經從單核性能逐漸往多核並行方向發展,因此爲了適應並行化程度非常高的芯片實現,HEVC/H265引入了很多並行運算的優化思路, 主要包括以下幾個方面:
(1)    Tile
用垂直和水平的邊界將圖像劃分爲一些行和列,劃分出的矩形區域爲一個Tile,每一個Tile包含整數個LCU(Largest Coding Unit)Tile之間可以互相獨立,以此實現並行處理:
(2)    Entropy slice
Entropy Slice允許在一個slice內部再切分成多個Entropy Slices,每個Entropy Slice可以獨立的編碼和解碼,從而提高了編解碼器的並行處理能力:

(3)    WPP(Wavefront Parallel Processing)
上一行的第二個LCU處理完畢,即對當前行的第一個LCU的熵編碼(CABAC)概率狀態參數進行初始化,如圖5所示。因此,只需要上一行的第二個LCU編解碼完畢,即可以開始當前行的編解碼,以此提高編解碼器的並行處理能力:
6H.264中已有特性的改進
相對於H.264,H.265標準的算法複雜性有了大幅提升,以此獲得較好的壓縮性能。H.265在很多特性上都做了較大的改進,如表2所示:



H.265的技術文檔可以去JCTVC下載。
website:http://phenix.int-evry.fr/jct/
註釋:部分內容來自:http://blog.csdn.net/feixiang_john/article/details/7822830

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