H.265/HEVC視頻編碼新標(biāo)準(zhǔn)及其擴(kuò)展

第1章 視頻編碼基礎(chǔ) 1
1．1 數(shù)字視頻信號(hào) 1
1．1．1 視頻信號(hào)的采集 2
1．1．2 視頻信號(hào)的數(shù)字化 3
1．1．3 視頻信號(hào)的顯示 6
1．1．4 數(shù)字視頻的格式 7
1．1．5 高清和超高清視頻 10
1．2 視頻信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性 10
1．2．1 圖像的自相關(guān)函數(shù) 11
1．2．2 像素差值的自相關(guān)函數(shù) 12
1．3 混合編碼 13
1．3．1 預(yù)測(cè)編碼 13
1．3．2 變換編碼 14
1．3．3 運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 15
1．3．4 混合編碼框架 18
1．4 量化和熵編碼 19
1．4．1 量化 19
1．4．2 Zig-zag掃描 19
1．4．3 熵編碼 20
1．5 率失真優(yōu)化 20
1．5．1 圖像的信源熵 20
1．5．2 率失真定理 22
1．5．3 失真率函數(shù) 25
1．5．4 有記憶信源的處理 26
1．5．5 率失真優(yōu)化編碼 26
1．6 圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià) 29
1．6．1 主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 29
1．6．2 客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 30
1．6．3 SSIM質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 31
本章參考文獻(xiàn) 32
第2章 視頻編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 34
2．1 H．26x標(biāo)準(zhǔn) 35
2．1．1 H．261標(biāo)準(zhǔn) 35
2．1．2 H．263標(biāo)準(zhǔn) 38
2．2 MPEG-x標(biāo)準(zhǔn) 39
2．2．1 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn) 40
2．2．2 MPEG-2標(biāo)準(zhǔn) 40
2．2．3 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn) 42
2．3 H．264/AVC標(biāo)準(zhǔn) 43
2．3．1 多方向幀內(nèi)預(yù)測(cè) 44
2．3．2 多模式運(yùn)動(dòng)估計(jì) 44
2．3．3 整數(shù)變換和熵編碼 45
2．3．4 差錯(cuò)控制 45
2．4 AVS標(biāo)準(zhǔn) 46
2．5 VC-1標(biāo)準(zhǔn) 46
2．6 HEVC標(biāo)準(zhǔn) 47
2．6．1 HEVC標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程 48
2．6．2 HEVC技術(shù)概要 52
本章參考文獻(xiàn) 55
第3章 HEVC的編碼結(jié)構(gòu) 57
3．1 H．264/AVC的編碼結(jié)構(gòu) 57
3．1．1 宏塊靈活劃分 58
3．1．2 圖像的條劃分 58
3．1．3 檔次和水平 59
3．2 HEVC的網(wǎng)絡(luò)適配和編碼方式 61
3．2．1 視頻編碼層和網(wǎng)絡(luò)提取層 61
3．2．2 三種編碼方式 63
3．3 HEVC的四叉樹(shù)劃分 63
3．3．1 圖像的取樣格式 64
3．3．2 編碼樹(shù)單元和編碼單元?jiǎng)澐?65
3．3．3 預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐?67
3．3．4 變換單元?jiǎng)澐?68
3．3．5 CTU劃分實(shí)例 69
3．4 HEVC的條和片劃分 70
3．4．1 條劃分 71
3．4．2 片劃分 72
3．4．3 條/片劃分實(shí)例 74
3．5 HEVC的檔次、水平和等級(jí) 75
3．5．1 檔次 76
3．5．2 水平 77
3．5．3 等級(jí) 77
本章參考文獻(xiàn) 79
第4章 HEVC的幀內(nèi)預(yù)測(cè) 80
4．1 幀內(nèi)編碼 80
4．1．1 空域預(yù)測(cè)編碼 80
4．1．2 最佳線性預(yù)測(cè) 82
4．2 H．264/AVC的幀內(nèi)預(yù)測(cè) 82
4．2．1 亮度4×4塊的預(yù)測(cè)模式 83
4．2．2 亮度16×16塊的預(yù)測(cè)模式 85
4．2．3 色度8×8塊的預(yù)測(cè)模式 85
4．3 HEVC的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式 86
4．3．1 幀內(nèi)預(yù)測(cè)PU的劃分 86
4．3．2 亮度PU的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式 87
4．3．3 色度PU的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式 89
4．4 HEVC的幀內(nèi)預(yù)測(cè)過(guò)程 90
4．4．1 參考像素的準(zhǔn)備 90
4．4．2 參考像素的平滑濾波 91
4．4．3 計(jì)算預(yù)測(cè)值 94
4．4．4 邊界值的平滑 99
4．4．5 模式信息的編碼 100
本章參考文獻(xiàn) 101
第5章 HEVC的幀間預(yù)測(cè) 103
5．1 幀間預(yù)測(cè)編碼 103
5．1．1 幀間預(yù)測(cè)方式 103
5．1．2 基于塊的運(yùn)動(dòng)估計(jì) 105
5．1．3 運(yùn)動(dòng)矢量的預(yù)測(cè) 106
5．2 H．264/AVC的幀間預(yù)測(cè) 108
5．2．1 多模式宏塊劃分 108
5．2．2 高精度運(yùn)動(dòng)估計(jì) 108
5．2．3 雙向預(yù)測(cè)條 110
5．3 HEVC的幀間預(yù)測(cè) 111
5．3．1 幀間預(yù)測(cè)PU的劃分 111
5．3．2 子像素插值 113
5．4 HEVC的運(yùn)動(dòng)參數(shù)編碼 116
5．4．1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的編碼傳送 116
5．4．2 Merge模式 117
5．4．3 Skip模式 122
5．4．4 Inter模式 122
5．4．5 幀間預(yù)測(cè)模式的選擇 123
本章參考文獻(xiàn) 124
第6章 HEVC的變換和量化 126
6．1 變換與量化 126
6．1．1 離散余弦變換和正弦變換 126
6．1．2 量化和量化失真 128
6．2 H．264/AVC的變換與量化 131
6．2．1 4×4整數(shù)DCT變換 131
6．2．2 變換系數(shù)的量化 132
6．3 HEVC殘差的整數(shù)變換 135
6．3．1 殘差四叉樹(shù)（RQT） 135
6．3．2 整數(shù)DCT變換 136
6．3．3 4×4整數(shù)DST變換 138
6．4 HEVC變換系數(shù)的量化 139
6．4．1 量化參數(shù)和量化步長(zhǎng) 140
6．4．2 量化和反量化計(jì)算 140
6．4．3 加權(quán)量化矩陣 142
6．5 HEVC變換塊的編碼表示 144
6．5．1 量化后系數(shù)的掃描 144
6．5．2 變換系數(shù)的表示 146
6．5．3 變換跳過(guò) 149
本章參考文獻(xiàn) 149

第7章 HEVC的熵編碼 151
7．1 熵編碼 151
7．1．1 熵編碼的要求 151
7．1．2 定長(zhǎng)編碼 153
7．1．3 變長(zhǎng)編碼 153
7．2 算術(shù)編碼 155
7．2．1 一般算術(shù)編碼 156
7．2．2 自適應(yīng)算術(shù)編碼 157
7．2．3 二進(jìn)制算術(shù)編碼 158
7．2．4 自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼 160
7．3 HEVC的算術(shù)編碼 160
7．3．1 CABAC框架 161
7．3．2 二進(jìn)制化 162
7．3．3 上下文模型 165
7．3．4 常規(guī)編碼模式 165
7．3．5 旁路編碼模式 170
7．4 上下文建模和更新 171
7．4．1 上下文關(guān)系 171
7．4．2 上下文模型的初始化 171
7．4．3 上下文模型的更新 175
本章參考文獻(xiàn) 177
第8章 HEVC的環(huán)路濾波 178
8．1 環(huán)路濾波 178
8．1．1 方塊效應(yīng)的產(chǎn)生 178
8．1．2 環(huán)內(nèi)濾波和環(huán)外濾波 180
8．2 H．264/AVC的去方塊濾波 181
8．2．1 自適應(yīng)去方塊濾波 181
8．2．2 邊界強(qiáng)度測(cè)定 182
8．2．3 去方塊濾波過(guò)程 184
8．3 HVEC的環(huán)路濾波 185
8．3．1 自適應(yīng)去方塊濾波 186
8．3．2 樣點(diǎn)自適應(yīng)補(bǔ)償 186
8．4 HEVC的去方塊濾波 187
8．4．1 去方塊濾波單元 187
8．4．2 邊界強(qiáng)度的判定 188
8．4．3 濾波強(qiáng)度的判定 189
8．4．4 去方塊濾波過(guò)程 192
8．5 HEVC的樣值自適應(yīng)補(bǔ)償 194
8．5．1 信號(hào)失真及補(bǔ)償 194
8．5．2 SAO的兩種模式 195
8．5．3 帶補(bǔ)償（BO）模式 196
8．5．4 邊緣補(bǔ)償（EO）模式 197
8．5．5 SAO的模式選擇和參數(shù)共享 200
本章參考文獻(xiàn) 202
第9章 HEVC的并行處理 204
9．1 視頻編碼的并行處理 204
9．1．1 并行處理的主要方式 205
9．1．2 功能并行 206
9．1．3 數(shù)據(jù)并行 207
9．1．4 流水線并行 207
9．2 HEVC的并行處理工具 209
9．2．1 片并行處理 210
9．2．2 波前并行處理 211
9．3 HEVC的各級(jí)并行處理 213
9．3．1 GOP級(jí)并行處理 213
9．3．2 圖像級(jí)并行處理 213
9．3．3 條、片級(jí)并行處理 215
9．3．4 塊級(jí)并行處理 215
9．3．5 指令級(jí)并行處理 216
9．4 去方塊濾波的并行處理 217
本章參考文獻(xiàn) 219
第10章 HEVC的高層語(yǔ)法 221
10．1 HEVC語(yǔ)法特點(diǎn) 221
10．1．1 新增語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和元素 222
10．1．2 基本語(yǔ)法表示 224
10．2 H．264/AVC語(yǔ)法提要 226
10．2．1 碼流的分層結(jié)構(gòu) 226
10．2．2 NAL單元語(yǔ)法 226
10．2．3 Slice語(yǔ)法 228
10．2．4 參數(shù)集 229
10．3 HEVC的NAL單元 230
10．3．1 字節(jié)流格式 231
10．3．2 一般NAL單元語(yǔ)法 232
10．3．3 NAL單元頭語(yǔ)法 233
10．4 HEVC的接入圖像 236
10．4．1 幀內(nèi)隨機(jī)接入圖像 236
10．4．2 前置圖像 238
10．4．3 后置圖像 239
10．5 HEVC的參數(shù)集 241
10．5．1 三類參數(shù)集 241
10．5．2 視頻參數(shù)集（VPS） 243
10．5．3 序列參數(shù)集（SPS） 245
10．5．4 圖像參數(shù)集（PPS） 245
10．6 HEVC的參考圖像集 246
10．6．1 參考圖像集 246
10．6．2 參考圖像列表 249
10．7 HEVC的SEI和VUI 250
10．7．1 補(bǔ)充增強(qiáng)信息（SEI） 250
10．7．2 視頻可用信息（VUI） 251
本章參考文獻(xiàn) 253
第11章 HEVC的多層和可分級(jí)編碼擴(kuò)展 255
11．1 HEVC編碼擴(kuò)展的進(jìn)程 256
11．2 HEVC統(tǒng)一的多層編碼 257
11．2．1 多層編碼的結(jié)構(gòu) 258
11．2．2 多層編碼的工具 259
11．3 HEVC的多層擴(kuò)展 260
11．3．1 層和子層 260
11．3．2 接入單元 260
11．3．3 視頻參數(shù)集擴(kuò)展 260
11．4 可分級(jí)視頻編碼 261
11．4．1 常用可分級(jí)編碼方法 262
11．4．2 H．264/AVC的可分級(jí)編碼 265
11．5 HEVC的可分級(jí)擴(kuò)展 268
11．5．1 SHVC的編碼框架和性能 268
11．5．2 上采樣濾波器 270
15．5．3 層間紋理預(yù)測(cè) 271
11．5．4 層間運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè) 272
11．5．5 SHVC編碼一例 273
本章參考文獻(xiàn) 273
第12章 HEVC的多視點(diǎn)和3D編碼擴(kuò)展 276
12．1 立體視頻編碼 276
12．1．1 立體視頻和多視點(diǎn)視頻 277
12．1．2 立體視頻的采集和顯示 278
12．1．3 多視點(diǎn)視頻編碼 280
12．1．4 H．264/AVC的多視點(diǎn)編碼 282
12．2 HEVC的多視點(diǎn)擴(kuò)展 284
12．2．1 MV-HEVC編碼系統(tǒng) 285
12．2．2 多視點(diǎn)編碼工具 287
12．2．3 虛擬視點(diǎn)的合成 290
12．3 HEVC的3D擴(kuò)展 292
12．3．1 立體圖像的深度圖 293
12．3．2 深度圖的編碼 294
12．3．3 深度圖的編碼工具 295
本章參考文獻(xiàn) 298
第13章 HEVC的實(shí)現(xiàn) 300
13．1 HEVC的參考軟件HM 300
13．2 HEVC的復(fù)雜度 304
13．2．1 功能單元的復(fù)雜度 304
13．2．2 HM的編碼復(fù)雜度 309
13．2．3 HM的解碼復(fù)雜度 311
13．2．4 和H．264/AVC比較 313
13．3 HEVC編碼器的實(shí)現(xiàn)考慮 313
13．3．1 軟件實(shí)現(xiàn)考慮 313
13．3．2 硬件實(shí)現(xiàn)考慮 314
13．4 HEVC的解碼實(shí)驗(yàn) 315
13．4．1 HEVC的測(cè)試序列 315
13．4．2 基于ARM的解碼 317
13．4．3 基于X86的解碼 318
13．4．4 解碼性能分析 319
13．5 HEVC的編解碼器簡(jiǎn)例 319
13．5．1 基于DSP的HEVC解碼器 320
13．5．2 HEVC解碼器芯片 321
13．5．3 HEVC編碼器芯片 322
13．5．4 HEVC編碼系統(tǒng) 323
本章參考文獻(xiàn) 324
縮略語(yǔ)（Abbreviations） 326