H.265/HEVC視頻編碼新標準及其擴展

第1章 視頻編碼基礎 1
1．1 數(shù)字視頻信號 1
1．1．1 視頻信號的采集 2
1．1．2 視頻信號的數(shù)字化 3
1．1．3 視頻信號的顯示 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 視頻信號的統(tǒng)計特性 10
1．2．1 圖像的自相關函數(shù) 11
1．2．2 像素差值的自相關函數(shù) 12
1．3 混合編碼 13
1．3．1 預測編碼 13
1．3．2 變換編碼 14
1．3．3 運動估計和運動補償 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 圖像質量的評價 29
1．6．1 主觀質量評價方法 29
1．6．2 客觀質量評價方法 30
1．6．3 SSIM質量評價方法 31
本章參考文獻 32
第2章 視頻編碼的國際標準 34
2．1 H．26x標準 35
2．1．1 H．261標準 35
2．1．2 H．263標準 38
2．2 MPEG-x標準 39
2．2．1 MPEG-1標準 40
2．2．2 MPEG-2標準 40
2．2．3 MPEG-4標準 42
2．3 H．264/AVC標準 43
2．3．1 多方向幀內預測 44
2．3．2 多模式運動估計 44
2．3．3 整數(shù)變換和熵編碼 45
2．3．4 差錯控制 45
2．4 AVS標準 46
2．5 VC-1標準 46
2．6 HEVC標準 47
2．6．1 HEVC標準的進程 48
2．6．2 HEVC技術概要 52
本章參考文獻 55
第3章 HEVC的編碼結構 57
3．1 H．264/AVC的編碼結構 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的網絡適配和編碼方式 61
3．2．1 視頻編碼層和網絡提取層 61
3．2．2 三種編碼方式 63
3．3 HEVC的四叉樹劃分 63
3．3．1 圖像的取樣格式 64
3．3．2 編碼樹單元和編碼單元劃分 65
3．3．3 預測單元劃分 67
3．3．4 變換單元劃分 68
3．3．5 CTU劃分實例 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/片劃分實例 74
3．5 HEVC的檔次、水平和等級 75
3．5．1 檔次 76
3．5．2 水平 77
3．5．3 等級 77
本章參考文獻 79
第4章 HEVC的幀內預測 80
4．1 幀內編碼 80
4．1．1 空域預測編碼 80
4．1．2 最佳線性預測 82
4．2 H．264/AVC的幀內預測 82
4．2．1 亮度4×4塊的預測模式 83
4．2．2 亮度16×16塊的預測模式 85
4．2．3 色度8×8塊的預測模式 85
4．3 HEVC的幀內預測模式 86
4．3．1 幀內預測PU的劃分 86
4．3．2 亮度PU的幀內預測模式 87
4．3．3 色度PU的幀內預測模式 89
4．4 HEVC的幀內預測過程 90
4．4．1 參考像素的準備 90
4．4．2 參考像素的平滑濾波 91
4．4．3 計算預測值 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 101
第5章 HEVC的幀間預測 103
5．1 幀間預測編碼 103
5．1．1 幀間預測方式 103
5．1．2 基于塊的運動估計 105
5．1．3 運動矢量的預測 106
5．2 H．264/AVC的幀間預測 108
5．2．1 多模式宏塊劃分 108
5．2．2 高精度運動估計 108
5．2．3 雙向預測條 110
5．3 HEVC的幀間預測 111
5．3．1 幀間預測PU的劃分 111
5．3．2 子像素插值 113
5．4 HEVC的運動參數(shù)編碼 116
5．4．1 運動參數(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 幀間預測模式的選擇 123
本章參考文獻 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（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 140
6．4．2 量化和反量化計算 140
6．4．3 加權量化矩陣 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 149
本章參考文獻 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 定長編碼 153
7．1．3 變長編碼 153
7．2 算術編碼 155
7．2．1 一般算術編碼 156
7．2．2 自適應算術編碼 157
7．2．3 二進制算術編碼 158
7．2．4 自適應二進制算術編碼 160
7．3 HEVC的算術編碼 160
7．3．1 CABAC框架 161
7．3．2 二進制化 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 177
第8章 HEVC的環(huán)路濾波 178
8．1 環(huán)路濾波 178
8．1．1 方塊效應的產生 178
8．1．2 環(huán)內濾波和環(huán)外濾波 180
8．2 H．264/AVC的去方塊濾波 181
8．2．1 自適應去方塊濾波 181
8．2．2 邊界強度測定 182
8．2．3 去方塊濾波過程 184
8．3 HVEC的環(huán)路濾波 185
8．3．1 自適應去方塊濾波 186
8．3．2 樣點自適應補償 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 邊界強度的判定 188
8．4．3 濾波強度的判定 189
8．4．4 去方塊濾波過程 192
8．5 HEVC的樣值自適應補償 194
8．5．1 信號失真及補償 194
8．5．2 SAO的兩種模式 195
8．5．3 帶補償（BO）模式 196
8．5．4 邊緣補償（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 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的各級并行處理 213
9．3．1 GOP級并行處理 213
9．3．2 圖像級并行處理 213
9．3．3 條、片級并行處理 215
9．3．4 塊級并行處理 215
9．3．5 指令級并行處理 216
9．4 去方塊濾波的并行處理 217
本章參考文獻 219
第10章 HEVC的高層語法 221
10．1 HEVC語法特點 221
10．1．1 新增語法結構和元素 222
10．1．2 基本語法表示 224
10．2 H．264/AVC語法提要 226
10．2．1 碼流的分層結構 226
10．2．2 NAL單元語法 226
10．2．3 Slice語法 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單元語法 232
10．3．3 NAL單元頭語法 233
10．4 HEVC的接入圖像 236
10．4．1 幀內隨機接入圖像 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 補充增強信息（SEI） 250
10．7．2 視頻可用信息（VUI） 251
本章參考文獻 253
第11章 HEVC的多層和可分級編碼擴展 255
11．1 HEVC編碼擴展的進程 256
11．2 HEVC統(tǒng)一的多層編碼 257
11．2．1 多層編碼的結構 258
11．2．2 多層編碼的工具 259
11．3 HEVC的多層擴展 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)集擴展 260
11．4 可分級視頻編碼 261
11．4．1 常用可分級編碼方法 262
11．4．2 H．264/AVC的可分級編碼 265
11．5 HEVC的可分級擴展 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 層間紋理預測 271
11．5．4 層間運動預測 272
11．5．5 SHVC編碼一例 273
本章參考文獻 273
第12章 HEVC的多視點和3D編碼擴展 276
12．1 立體視頻編碼 276
12．1．1 立體視頻和多視點視頻 277
12．1．2 立體視頻的采集和顯示 278
12．1．3 多視點視頻編碼 280
12．1．4 H．264/AVC的多視點編碼 282
12．2 HEVC的多視點擴展 284
12．2．1 MV-HEVC編碼系統(tǒng) 285
12．2．2 多視點編碼工具 287
12．2．3 虛擬視點的合成 290
12．3 HEVC的3D擴展 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 298
第13章 HEVC的實現(xiàn) 300
13．1 HEVC的參考軟件HM 300
13．2 HEVC的復雜度 304
13．2．1 功能單元的復雜度 304
13．2．2 HM的編碼復雜度 309
13．2．3 HM的解碼復雜度 311
13．2．4 和H．264/AVC比較 313
13．3 HEVC編碼器的實現(xiàn)考慮 313
13．3．1 軟件實現(xiàn)考慮 313
13．3．2 硬件實現(xiàn)考慮 314
13．4 HEVC的解碼實驗 315
13．4．1 HEVC的測試序列 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 324
縮略語（Abbreviations） 326