AVC到HEVC

AVCHEVC

  國際視頻標準化組織絕對算得上是一個勤奮、高產的機構,近二十年的時間,輸出了一系列高水準音視頻編碼標準。在H.264/AVC問世之前,江湖上有兩個傳奇:其一是MPEG-2,另一個是H.263。前者系ISO/IEC下屬MPEG(Moving Picture Experts Group)小組制定,後者由ITU-T下屬VCEG(Video Coding Experts Group)小組制定。怎見得是兩個傳奇呢?——MPEG-2就是DVD碟片所使用的視頻編碼方案,而H.263在沒有3G的年代裏等同於視頻會議的代名詞。兩個傳奇直接孵化出了相關產業鏈,讓一大批人先富或者更富起來了。

  歷史的時針指向1995年,名利雙收的專家們決定再次開展造福人類的事業。於是ITU-T VCEG組給出了兩項工作計劃:其一爲短期計劃,旨在爲H.263添加更多的編碼特性並改進其編碼效率;另一爲長遠計劃,即實現自我超越,輸出一個性能秒殺H.263的大殺器,其內部編號爲H.26L。短期計劃的實施造就了H.263+標準,而長期計劃的效果在7年之後發生作用。在同一時間軸上,ISO/IEC MPEG組爲MPEG-4忙得不亦樂乎,人前人後吹噓基於圖像對象極低比特率兩個噱頭。

  2001年,兩大標準化組織決定聯手組建JVT(Joint Video Team),並於兩年之後輸出了最終編碼方案。於是H.26L華麗轉身成爲H.264,其標準編號跟在夾生飯MPEG-4編號之後。一個牛氣哄哄的名字就此誕生,全稱爲MPEG-4 Part10 AVC/H.264。其中,MPEG-4 Part10對應之前的那個半調子MPEG-4AVC爲雅號,是Advanced Video Coding的縮寫。

  上面嘮叨一通,無非告訴各位:想當年H.264/AVC是兩大標準化組織合體的結晶,編碼效率是非常牛x的。由於合體前,兩大組織一方致力於視頻內容壓縮存儲(複習下VCD/DVD),而另一方專注於實時視頻會話業務。所以,合體的結果是:H.264/AVC能滿足全碼率視頻編碼需求,從壓縮存儲、數字電視廣播到視頻流媒體、點播、實時會話。總之,只要有視頻業務的地方,就能用上H.264/AVC

  在2002年標準方案發布之後的10年1時間內,業界各方對其可謂是後宮佳麗三千人,三千寵愛在一身。在此期間,JVT2007年前後輸出基於H.264/AVCSVC(Scalable Video Coding)方案,以滿足網絡異構設備環境下的視頻傳輸(見圖 2)2009年前後,JVT又爲H.264/AVC增加了3D Stereo /MVC(Multi-view Video Coding)特性,以實現在一路壓縮碼流中包含多個攝像頭採集的視頻數據。這樣,在圖像回放時,可擁有多個視角或者藉此產生3D立體效果。

2 用於設備異構環境下的SVC方案

  但無論是高科技的SVC還是噱頭味十足的MVC都只是H.264/AVC的特性擴展,即適應特殊的視頻應用場景,兩者並未在信源編碼效率上有所提升。但實際上,勤勞的專家們並未就此止住探底視頻壓縮極限之旅的步伐。2003年後,VCEG就啓動了名爲NGVC(Next-Generation Video Coding)探索工程,其目的即在研究壓縮性能超過H.264/AVC下一代視頻編碼方案。但遺憾的是,如上所述,H.264/AVC代表了當時最高水準的視頻壓縮技術,所以幾經努力但收效甚微。

  2005年前後,在此期間內基於H.264/AVC的各種改進方案被蒐集起來,並組成了一個名爲Key Technical Areas)的編碼器。從某種意義上說,KTA算是下一代視頻編碼方案的一個雛形,並在隨後的幾年時間內不斷沉澱各種改良算法。瓜熟蒂落、水到渠成,20096月,在MPEG舉行的call-for-evidence活動中,歷經6年錘鍊的KTA被證明:針對高分辨率的視頻源,KTA能夠將H.264/AVC的壓縮性能提高約30%

  20101月,被“30%提升激勵的委員們終於挺直腰桿宣佈組建聯合工作組,此次的名號是JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding),同時向天下好漢派發英雄帖——徵集編碼方案。這種儀式感極強的動作有個術語,稱爲CfP(Call for Proposals, CfP)。同年4月,JCT-VC舉行了第一次工作組會議。共有27路好漢,也即27份編碼方案參與了這場論劍華山、決戰紫禁之巔的激烈角逐。爲了全面評估這些編碼方案,JCT-VC共指定了5類測試視頻源(見表格 1),涵蓋了從WQVGA720P/1080P HD直至Ultra HD在內的各種圖像分辨率以及各種典型的圖像幀率和碼率。另外,JCT-VC還將所有的測試序列分爲兩類:其一爲Random Access,允許參與評估的編碼方案使用長度爲8GOP進行圖像排列,其典型場景是數字電視廣播應用;另一爲Low Delay,此時禁止圖像編碼順序重排列,其典型場景是對時延有嚴格限制的實時會話業務應用。

表格 1 JCT-VC CfP使用的測試源

Class

Rate1

Rate2

Rate3

Rate4

Rate5

A: 2560x1600p 30

2.5 Mbit/s

3.5 Mbit/s

5 Mbit/s

8 Mbit/s

14 Mbit/s

B1: 1080p24

1 Mbit/s

1.6 Mbit/s

2.5 Mbit/s

4 Mbit/s

6 Mbit/s

B2: 1080p50-60

2 Mbit/s

3 Mbit/s

4.5 Mbit/s

7 Mbit/s

10 Mbit/s

C: WVGAp30-60

384 kbit/s

512 kbit/s

768 kbit/s

1.2 Mbit/s

2 Mbit/s

D: WQVGAp30-60

256 kbit/s

384 kbit/s

512 kbit/s

512 kbit/s

1.5 Mbit/s

E: 720p60

256 kbit/s

384 kbit/s

512 kbit/s

512 kbit/s

1.5 Mbit/s

  

不能不說JCT-VC是重口味的,嚴苛的測試條件,強勁的競爭對手。27份提案彼此競爭的同時還需要與H.264/AVC進行對比。這場天王山戰役理應被載入視頻編碼標準化的歷史,不僅因爲其前戲KTA跌宕起伏、高潮部分(CfP)一嘆三詠,更因爲其擁有一個圓滿的大結局。

  經過細緻評估分析,最後發現:對比H.264/AVC,在基於幾乎相同的主觀圖像質量的前提下,參與測評方案中的佼佼者能夠節省40%~60%的碼率!換言之,對比現有的H.264/AVC,新提出的編碼提案能夠將壓縮效率提高一倍左右。面對這個祥和愉快的結論,JCT-VC無法淡定了,於是下一代視頻編碼工作正式啓動,並冠名爲HEVC(High Efficiency Video Coding)——一個High字吐露多少風情!與此同時,那些性能拉風的編碼提案被納入TMuC(Test Model under Consideration),成爲HEVC最終方案的候選,在隨後的時間內被不斷測試、挑戰和改進。這部主題爲下一代視頻編碼方案是怎樣煉成的的連續劇,從2010年開始上演,至20111月發佈了HEVC工作草案第一版(編號JCTVC-D503),預計全部工作完成在2013年。2012年春天,本文導讀開頭的一幕上演:其硬件芯片高調亮相MWC 2012HEVC第一次向世人昭告其存在。——而且,是結結實實地踩在其前任者的肩膀上。

  

不能不說JCT-VC是重口味的,嚴苛的測試條件,強勁的競爭對手。27份提案彼此競爭的同時還需要與H.264/AVC進行對比。這場天王山戰役理應被載入視頻編碼標準化的歷史,不僅因爲其前戲KTA跌宕起伏、高潮部分(CfP)一嘆三詠,更因爲其擁有一個圓滿的大結局。

  經過細緻評估分析,最後發現:對比H.264/AVC,在基於幾乎相同的主觀圖像質量的前提下,參與測評方案中的佼佼者能夠節省40%~60%的碼率!換言之,對比現有的H.264/AVC,新提出的編碼提案能夠將壓縮效率提高一倍左右。面對這個祥和愉快的結論,JCT-VC無法淡定了,於是下一代視頻編碼工作正式啓動,並冠名爲HEVC(High Efficiency Video Coding)——一個High字吐露多少風情!與此同時,那些性能拉風的編碼提案被納入TMuC(Test Model under Consideration),成爲HEVC最終方案的候選,在隨後的時間內被不斷測試、挑戰和改進。這部主題爲下一代視頻編碼方案是怎樣煉成的的連續劇,從2010年開始上演,至20111月發佈了HEVC工作草案第一版(編號JCTVC-D503),預計全部工作完成在2013年。2012年春天,本文導讀開頭的一幕上演:其硬件芯片高調亮相MWC 2012HEVC第一次向世人昭告其存在。——而且,是結結實實地踩在其前任者的肩膀上。

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