作为新一代视频编码标准,HEVC(H.265)仍然属于预测加变换的混合编码框架。然而,相对于H.264,H.265 在很多方面有了革命性的变化。HEVC(H.265)的技术亮点有: 1. 灵活的编码结构 在H.265中,将宏块的大小从H.264的16×16扩展到了64×64,以便于高分辨率视频的压缩。同时,采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率,包括编码单元(Coding Unit)、预测单元(Predict Unit)和变换单元(Transform Unit)。如图1所示: 图1 编码单元(CU)、预测单元(PU)、变换单元(CU) 其中编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念,用于编码的过程,预测单元是进行预测的基本单元,变换单元是进行变换和量化的基本单元。这三个单元的分离,使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活,也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征,有利于各个单元更优化的完成各自的功能。 2. 灵活的块结构——RQT(Residual Quad-tree Transform) RQT是一种自适应的变换技术,这种思想是对H.264/AVC中ABT(Adaptive Block-size Transform)技术的延伸和扩展。对于帧间编码来说,它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整;对于帧内编码来说,它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换,一方面能够提供更好的能量集中效果,并能在量化后保存更多的图像细节,但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此,根据当前块信号的特性,自适应的选择变换块大小,如图2所示,可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者最优的折中。 图2 灵活的块结构示意图 3.采样点自适应偏移(Sample Adaptive Offset) SAO在编解码环路内,位于Deblock之后,通过对重建图像的分类,对每一类图像像素值加减一个偏移,达到减少失真的目的,从而提高压缩率,减少码流。 采用SAO后,平均可以减少2%~6%的码流,而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2%。 4.自适应环路滤波(Adaptive Loop Filter) ALF在编解码环路内,位于Deblock和SAO之后,用于恢复重建图像以达到重建图像与原始图像之间的均方差(MSE)最小。ALF的系数是在帧级计算和传输的,可以整帧应用ALF,也可以对于基于块或基于量化树(quadtree)的部分区域进行ALF,如果是基于部分区域的ALF,还必须传递指示区域信息的附加信息。 5.并行化设计 当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展,因此为了适应并行化程度非常高的芯片实现,HEVC/H265引入了很多并行运算的优化思路, 主要包括以下几个方面: (1) Tile 如图3所示,用垂直和水平的边界将图像划分为一些行和列,划分出的矩形区域为一个Tile,每一个Tile包含整数个LCU(Largest Coding Unit),Tile之间可以互相独立,以此实现并行处理: 图3 Tile划分示意图 (2) Entropy slice Entropy Slice允许在一个slice内部再切分成多个Entropy Slices,每个Entropy Slice可以独立的编码和解码,从而提高了编解码器的并行处理能力: 图4每一个slice可以划分为多个Entropy Slice (3) WPP(Wavefront Parallel Processing) 上一行的第二个LCU处理完毕,即对当前行的第一个LCU的熵编码(CABAC)概率状态参数进行初始化,如图5所示。因此,只需要上一行的第二个LCU编解码完毕,即可以开始当前行的编解码,以此提高编解码器的并行处理能力: 图5 WPP示意图 6.H.264中已有特性的改进 相对于H.264,H.265标准的算法复杂性有了大幅提升,以此获得较好的压缩性能。H.265在很多特性上都做了较大的改进,如表2所示:
表2 H.264和H.265关键特性对 主要SIZES上区别见上图! |
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