HEVC(H.265)的技术亮点

本文介绍H.265视频编码标准的一些主要技术，部分内容是摘抄的，顺带附一份H.265的标准技术文档。

       H.265是有JCTV组织制定，大约每三四个月会开一次会议，各标准制定成员会提交各自的技术提案进行pk，本人有幸参加了一次H.266标准制定的会议，场面相当激烈啊，各个公司之间的利益博弈，JCTVC(Joint CollaborativeTeam on Video Coding )  是有ITU和MPEG联合成立的，以前他们是独立制定标准的，后来这两大组织开始联合制定更加高效的标准，本文概括介绍H.265的主要技术，后面的博客会详细阐述。

    

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）。

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，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。

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，在标准制定的后期，此技术被移除标准，但是在266的探索阶段，此技术又被加入参考软件，不知道第一次call for proposal 会不会移除该技术，由于其实现复杂度较大，且对视频的主观性能提升较小，客观性能提升很大。

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

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：

(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：

(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：

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：

H.265的技术文档可以去JCTVC下载。

website：http://phenix.int-evry.fr/jct/

注释：部分内容来自：http://blog.csdn.net/feixiang_john/article/details/7822830