《下一代视频编码标准H.265(HEVC)》前沿讲座报告

1、01工硕计算机12班赵瑞辰讲座题目：下一代视频编码标准H.265(HEVC)讲座时间：2012年6月9日宣讲人：袁春观众:清华大学深圳研究生院工硕计算机12班全体学员2012年6月9日，在清华大学深圳大学城聆听袁春副教授所做一场关于多媒体技术的前科科技的讲座，在讲座中，由于时间限制和我们有限的知识水平，袁春副教授从大处着眼,介绍了下一代视频编码标准H.265的产生背景、目标和主要性能，还介绍了H.265标准目前发展的状况，是我们工硕计算机12班全体学员对多媒体前沿科技有了最新的掌握。总体来说，也许理论上逻辑上的很专业的知识，我们只初探窥镜，但袁春副教授利用一天的时间，就基本上将多媒体技术最前沿

2、领域的只是在我们的脑海中勾勒了出来。在讲座中，我了解了对媒体视频技术的发展历史和现状。目前世界上的视频编解码标准主要来源于国际电联ITU-T和国际标准化组织ISOoITU-T的H.26x系列视频压缩标准经过了H.261、H.262、H.263，H.263+这样一个演进过程，而ISO的视频压缩标准是MPEG系列从MPEG1、MPEG2到MPEG4，之后两个标准化组织走向合作，成立了JVT，推出了在当前最有效的视频压缩标准H.264/AVC,从H.264标准发布到如今已经五年时间，在这五年中H.264的应用范围不断扩展成熟度不断提高，而ITU-T在H.264取得初步成功的时候，ITU-T的视频编码

3、特别小组VCEG于2005年就对视频编码技术提出了更长远的设想，并规划在技术成熟时推出新一代的视频编码标准H.265。2010年月，ITU-T和ISO下的动态图像专家组组织(MPEG)联合成立JCT-VC组织，统一制定下一代编码标准：HEVC。2012年初，JCT-VC组织公布了新的视频压缩标准设计，设计名定为H.265,据悉，该设计同时包含了高性能视频编码(HEVC)和MPEG-HPart2。通过名字我们大致可以判断，新技术将在只占H.264标准一半带宽的情况下为用户提供同等质量的视频服务，而且它还支持iOS和OSX平台。在讲座中，我还学到了新一代视频编码标准HEVC(H.265)的具体技术

4、细节。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：灵活的编码结构在H.265中，将宏块的大小从H.264的16x16扩展到了64x64,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(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。如图1所示：下一代视频编码标准H.265(HEVC)工硕计算机12班-赵瑞辰PU:时细JHiMNcfhMrN2Mn*.l2W0nL2HrAi鈿n

5、nm田門口ra11nrHjtirhfW-y-r厂TUTUIDIjTUwrftsg-CgTHSET拠-IffiliH,:TUwrtg-1?ai-Ma-uiaR；KT-1Jj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。灵活的块结构-RQT(ResidualQuad-treeTransform)RQT是一种自适应

6、的变换技术，这种思想是对H.264/AVC中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform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。下一代视频编码标准H.265(HEVC)工硕计算机12班-赵

7、瑞辰图2灵活的块结构示意图3、采样点自适应偏移(SampleAdaptiveOffset)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(AdaptiveLoopFilter)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(quadtre

8、e)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：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(LargestCodingUnit)，Tile之间可以互相独立，以此实现并行处理：123Z1厂141&16171831223367卜202122232434as36&10125272&29303730394041

9、LColurrrBojndanesLCU#1图3Tile划分示意图RowBouncariesEntropysliceEntropySlice允许在一个slice内部再切分成多个EntropySlices，每个EntropySlice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EntropySliceWPP(WavefrontParallelProcessing)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,以此提咼

10、编解码器的并行处理能力：图5WPP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1所示：K26A4HUMSPM目g大也4次4LX1&4X46|X64rLumamma-U?tg.：-l-11,QP-i1.1-*Luma-屮椽耒卜1,1(1,5了，19r7,3.1Luma-IAIt：-l.1-7.15.57.-10.4.-1空域MVP倾则-空域*时感倔P那別*MVPMerge户奩度intr-B预亦斗瘓式Pterw预测DE廉刺匸包度IMnDC,Ma-riiantalWrtiul.Pla

11、ne广DM,LMUlina?,jtrtftalnarlDritalFDG,didonfil*銮換ocrqX轴兴日DCT斗犹啊X32-DST4m4TxA和Bxt边畀Dshlack较犬的oi尺才*am的边畀卓ifi行逋菠表1H.264和H.265关键特性对比目前，HEVC的基本编码框架已经确定，但许多技术细节仍在不断地研究中。专家组的主要力量集中在进一步提高HEVC编码效率以及降低其复杂度上。但除了提高HEVC编码效率以及降低编码复杂度的提案以外，许多研究人员已经开始研究HEVC的可伸缩编码和多视点编码方案，相关研究工作正在有计划地展开。与H.264HighProfile的编码性能相比，目前HEV

12、C已经取得了40%左右的压缩性能提升，而编码复杂度也达到了150%左右，不同测试场景的编码复杂度和性能提升程度有较大的差异。降低编码复杂度仍然是HEVC发展的一项重要议题。HEVC(H.265)标准预计2013年2月发布正式版本，由于其在压缩效率、并行处理能力以及网络适应性方面的极大改进，它的发展和应用必将把视频编解码理论和应用推向一个新的高度。学科前沿讲座课程已经结束了，通过这次的讲座学习，我在其中收获了很多，不但了解到很多关于现有多媒体技术在现代社会的众多应用，还了解到这一领域的前沿领域，这为我们以后的工作和发展奠定了基础。通过袁春副教授下一代视频编码标准H.265(HEVC)前沿讲座，我了解了多媒体视频编码技术的最前沿科技，也简单了解了H.265相对于H.264标准能改进的技术要点，对视频编码技术有了更深的了解。听完这个讲座，我感到责任重大，即使是一个点，也还有很多方面值得拓展和探索，作为在职研究生，结合实际工作的应用研究是我们主要的目标，想要取得满意的结果和优异的成绩，我们所要做的就是倍加努力，汲取现有的知识，在前沿的领域开拓新的研究道路，积极探索，永不止步。知识的海洋是无穷无尽的，老师们在其中游得很尽兴。也许将来我们也可以不要那么浮夸，将利益看得那么重，而是潜心做一些研究。在这样大好的形势下，说不定