对HEVC编解码技术的粗浅认识

多媒体考核综述部分对HEVC编解码技术的粗浅认识专业班级：电子信息科学与技术HECV，英文全拼：HighEfficiencyVideoCoding，是一种新的视频压缩标准。该编码技术是ISO/IEC运动图像专家组和ITU-T视频编码专家组联合制定，它的主要目标是实现比H.264高50%、比MPEG-2高75%的视频压缩效率。因此HEVC能够显著减少文件的存储和分发成本，为更高清晰度的内容进入消费层应用铺平了道路。所谓视频压缩，其目的就是为了减少视频文件的冗余，方便视频文件实现更高效的存储和分发。而在消除视频冗余的过程中所使用的算法则组成了编码过程，其消耗的时间被定义为“编码延迟”，而之后将该压缩文件恢复至其原始状态所使用的方法被称为解码。编解码之间的差异主要是源于在消除视频冗余信息时所采用的技术差异。对于一个给定的编码标准，其解码算法是严格定义的，因此编码器必须为解码器提供合适的信息，遵循特定的规格。HEVC类似与H.264和MPEG-2，HEVC采用3种帧（一个图像组内的I、B和P帧），并包含帧间和帧内压缩的元素。HEVC中包含很多技术进展，其中包括有编码树块，但与H.264采用最大16×16尺寸的宏块不同，HEVC采用最大64×64像素尺寸的编码树块。因此HEVC在编码更大的帧尺寸时(如4K分辨率)更高效。除此之外，HEVC也采用了更多的帧内预测方向，HEVC采用能够使用超过35个方向的帧内预测，而H.264却只有9个方向。因此HEVC有更多帧内压缩的可能的参考像素块，压缩效率更高，但其代价是在方向搜索中需要更多编码时间。在帧间预测方面HEVC除了采用与H.264相同的B预测方式外还采用了广义B预测方式（GPB），广义B预测结构对传统P帧采取双向预测方式进行预测，前向和后向参考列表中的参考图像都必须为当前图像之前的图像，且两者为同一图像，这种运动预测方式增加了运动估计的准确度，提高了编码效率。同时HEVC的编码器内部增加了像素比特深度，最大可支持12bit的解码图像输出，从而提高了解码图像的信息精度，并且在HM模型中采取了高精度的双向运动补偿技术，即无论最终输出图像比特深度是否增加，在双向运动补偿过程中都将使用14bit的精度进行相关计算。在熵编码方面HEVC在底复杂度的编码场合采用上下文自适应变长编码，而在高效的编码场合则采用基于语法元素的上下文自适应二进制算术编码，从而提高了并行处理能力并降低了解码端芯片的频率要求。除了以上介绍的技术进展外，HEVC还包括了自适用运动矢量技术来发现编解码中更多的帧间冗余；以及优异的并行化工具使之在多核环境内更高效编码的波前并行处理；还有HEVC在去块效应滤波器中做了不少改进并建立了一个进一步限制块边缘失真的称为取样自适应补偿的第二滤波器等技术进展。现如今随着数字视频应用产业链的快速发展，视频应用向高清晰度、高帧率和高压缩率方向快速发展，HEVC因其自身的强大魅力必将会很快占据视频压缩编码技术的市场份额，并最终取代H.264成为新一代视频压缩编码技术的领军者。但相对于H.264而言HEVC标准的算法复杂性有了大幅度提升，对于理解和学习它增加了不少难度，但这依然无法阻挡其统领整个视频压缩编码市场的步伐。