下一代数字视频技术.docVIP

下一代数字视频技术 移动互联网的迅速发展为人们的生存方式带来深刻的变化，商务、社交、娱乐等各方面的信息流量呈爆炸式增长，其中视频信息流量占据了很大的比例，现在每分钟上传到YouTube的视频达100小时。数字视频的信息量非常大，用现有的数字视频压缩技术标清视频每小时约为GB，Higher Definition）：数字视频的分辨率从720 P向1080 P全面升级，在一些视频应用领域甚至出现了4K×2K、8K×4K的数字视频图像； 高帧率(Higher frame rate )：数字视频的帧率从30 fps向60fps、120fps甚至240fps的应用场景升级。 高清或超高清视频的信息量将数倍的增加，给传输带宽和存储空间带来更大的压力。传输带宽和存储空间是视频应用中最为关键的资源，以更少的资源获得更高清的视频体验一直是用户的不懈追求，下一代数字视频技术即是在此背景下发展起来的。 数字视频技术发展第一个实用的数字视频编码标准H.261ITU-T制定的，其后ITU-T制定了H.262（MPEG-2）、H.263、H.263+、H.263++、H.264（MPEG-4 AVC）和H.265等视频编码标准。 另一个视频编码标准的制定者是ISO/IEC组织的活动图像专家组MPEG（Moving Picture Expert Group），MPEG制定了MPEG-1、MPEG-2（H.262）、MPEG-4、MPEG-4 AVC（H.264）等视频编码标准，其中MPEG-2（H.262）和MPEG-4 AVC（H.264）是ISO/IEC MPEG与ITU-T组织联合制定分别发布的。 我国于1996年以MPEG China的名义正式参与国际MPEG专家组的工作视频监控的档AVS-S22013年被国际电子电气工程师协会(IEEE)标准化委员会颁布为IEEE 1857标准。2013年12月31日国家质检总局、国家标准委批准发布《信息技术 先进音视频编码 第2部：视频》（修订）（国标代号GB/T 20090.2-2013）、《信息技术 先进音视频编码 第10部：移动语音和音频》（国标代号GB/T 20090.10-2013）为国家标准，标准将于2014年7月15日正式实施。 图1 数字视音频压缩标准的发展历程 值得一提的是，除上述之外还有其它一些很好的视频压缩技术，如Google公司的VP8、VP9和微软公司的VC-1等。 下一代数字视频技术HEVC标准共有三种模式：Main、Main 10、Main Still Picture。Main模式支持8色深，Main 10模式支持10色深，将用于超高清电视(UHDTV)上都将色度采样格式限制为4:2:0使用先进的技术用以提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等H.265/HEVC与H.264/AVC的编码架构大致相似，主要也包含帧内预测(intra prediction)、帧间预测(inter prediction)、转换 (transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding)等模块在HEVC编码架构中，整体被分为编码单位(coding unit,CU)、预测单位(predict unit,PU) 和转换单位(transform unit,TU )三个基本单位H.264每个宏块大小都是固定的16x16像素H.265的编码单位可以选择从最小的88到最大的6464。 H.265采用一种自适应的变换技术，即根据当前块信号的特性，自适应的选择变换块大小，如信息量不多的区域划分的宏块较大，而细节多的地方划分的宏块就相应的小一些，就相当于对图像进行了有重点的编码，从而降低了整体的码率，编码效率就相应提高了。提供了更多不同的工具来降低码率帧内预测模式支持33种方向(H.264只支持8种)，并且提供了更好的运动补偿处理和矢量预测方法。Sample Adaptive Offset） 经去区块(deblocking filter)之后，在帧间预测环内非线性的幅映射(Adaptive Loop Filter) 经去区块(deblocking filter)和SAO之后，自适应环路滤波（ALF）在编解码环路内用于恢复重建图像，以达到重建图像与原始图像之间的均方差最小。 并行化处理 H.265/HEVC引入了一些新的特性以强化并行处理能力和为包传输而改良的片结构这两个特性在某些应用中可能会十分有用，具体实现可以情况采用并行块可以把一帧图像分割成增强并行处理的能力同时又不引入新的错误扩散错峰并行处理Wavefront Parallel Processing）：WPP功能