下一代视频编码标准HEVC分析研究

北京航空航天大学

2012－2013学年第一学期期末

《视频编码技术及其应用》

课程大作业

班级_____学号__________

姓名____________成绩 _________

2012 年1 月5日

下一代视频编码标准HEVC分析研究

（北京航空航天大学计算机学院）

目录

摘要 (3)

关键字 (3)

Abstract (3)

Key Words (3)

1、引言 (3)

1.1背景简介 (3)

1.2当前视频编码的主要挑战 (4)

1.3 H.264的缺点 (5)

1.4 HEVC的主要特征 (5)

2、HEVC技术分析 (6)

2.1 灵活的编码结构 (6)

2.2 多方向帧内预测 (7)

2.3 大尺度DCT变换 (7)

2.4 自适应采样点补偿 (7)

2.5 并行化的熵编码 (7)

3、结论 (8)

4、参考文献 (8)

摘要

下一代视频编码标准HEVC是继H.264之后视频编码领域的又一重大突破，该标准主要针对目前日益盛行的高清、超高清视频而开发，在克服H.264标准不足的同时，提出了多种针对高清视频编码的新技术。本文首先介绍了视频编码的背景和当前视频编码领域的主要挑战，随后分析了H.264编码标准的不足之处，进而引出了下一代视频编码标准HEVC。通过对HEVC中一些新技术的分析介绍，阐明了HEVC在高清视频领域的优势，对于详细了解HEVC的框架结构有提纲挈领的作用。

关键字

视频编码；HEVC；超高清视频编码；自适应采样点补偿；并行化熵编码

Abstract

HEVC(High Efficiency Video Coding) is another breakthrough in video coding field after H.264, it concentrates on High Definition or Super High Definition video coding. In this paper, the background of video coding and some challenges of current video coding field is introduced first. After analysing some shortages of H.264, the author brings out the features of HEVC. The advantages of HEVC in High Definition video coding is clarified by analysing some new technologies in HEVC. This paper will be a introduction to details about HEVC.

Key Words

Video Coding; HEVC; Super High Definition Video Coding; Sample Adaptive Offset; Parallelization of Entropy Coding

1、引言

1.1背景简介

当前世界上的视频编码标准主要来源于国际电信联盟(ITU-T)的视频编码专家组VCEG和国际标准化组织(ISO)的运动图像专家组MPEG，他们基于不同的应用需求，分别制定了H.26x和MPEG系列视频编码标准。ITU的H.26x系列标准主要应用在实时的视频通信系统中，而MPEG系列标准则主要用于数字监控系统、视频存储、广播电视及因特网领域[1]。

2001年MPEG和VCEG又成立了视频联合工作组JVT，制定了H.264/AVC(即MPEG-4的第10部分)视频编码标准。H.264标准使得视频压缩效率提高到了一个

加，H.264编码标准已不足以应对高清和超高清视频编码的应用，这就为更高效的视频编码标准的提出奠定了前提。

2010年1月，VCEG和MPEG开始发起下一代视频压缩技术正事提案，相关技术由视频编码联合组(JCT-VC)审议和评估。所收到的27个提案从增加编码复杂度、提高压缩效率，或者从保证编码质量、降低编码复杂度的角度出发，讨论如何在H.264/A VC的基础上进一步提高编码性能。下一代视频压缩标准主要面向高清电视(HDTV)以及视频捕获系统的应用，提供从QVGA至1080P以及至超高清电视(7680×4320)不同级别的视频应用，其名称定为HEVC(High Efficiency Video Coding)或H.265。其核心目标在于：在H.264/AVC High Profile 的基础上，对高分辨率/高保真的视频图像压缩效率提高1倍，即在保证相同视频图像质量的前提下，视频流的码率减少50%[2]。

1.2当前视频编码的主要挑战

随着数字视频应用产业链的快速发展，特别是从2005 年高清数字视频的普及应用开始，原有的标清数字视频应用已经快速走向淘汰，数字视频的应用格式从720 P 到1080 P，数字视频帧率从30 fps 到60 fps，短短几年就不断的突破发展。高清数字视频相对于原来的标清数字视频，不只是分辨率的提升，还有以下的显著特点[3]：

(1) 宏块个数爆发式增加

以前的标清数字视频，比如PAL格式的标清视频，分辨率为720×576，帧率为25fps，每秒钟的宏块个数(假设宏块大小为16×16)为：(720×576×25)/(16×16) = 40500；但是一个720P的高清视频，分辨率为1280×720，帧率为60fps，其每秒钟的宏块个数为：(1280×720×60)/(16×16) =216000，是PAL 数字视频的5.3 倍；一个1080P的高清视频，分辨率为1920×1080，帧率为60 fps，其每秒钟的宏块个数为：(1920×1088×60)/(16×16) =489600，是PAL 数字视频12.1 倍。由此可见，高清或超高清视频格式下，每帧内的宏块个数相对于标清有爆发式的增加。

(2) 运动矢量数值大幅度增加

相对于一个PAL(720×576)制式的标清数字视频，如果物体在两帧时间内从画面左侧高速运动到画面右侧，其运动矢量就是720，但是对于1080P(1920×1080)的高清数字视频，如果物体在两帧时间内从画面左侧高速运动到画面右侧，其运动矢量就是1920 了。由此可见，在高清和超高清视频格式下，对于运动矢量的描述，需要更大的数据结构。

(3) 宏块内容复杂度降低

以前的标清数字视频，需要在一个有限的分辨率画面中包含尽可能多的画面内容，因此平均分配到一个宏块中的画面内容就会比较复杂，而进入高清数字视频之后，摄像头的摄像角度基本上没有太多的增加，但是由于分辨率的增加，因此平均分配到每个宏块中的画面内容相对会更加简单，如图1[3]所示，左侧为低分辨率中一个宏块包含的内容，右侧表明高分辨率下同样的内容分到多个宏块中了，相对来说每个宏块的内容复杂度已经大大降低，由此，可以设计更加高效的运动估计方法来提高单个宏块的编码效率。