HEVC 視訊標準之簡介

HEVC 為新一代的視訊標準，並可以相容先前的視訊標準，而且能夠支援到 更高的解析度的視訊裝置，較以往視訊標不同的是，HEVC 加入了需多新的編碼 技巧和更加彈性的編碼單位，而達到更佳的壓縮效能，圖 2.1 為 Kimono1 視訊序 列在不同視訊編碼標準之下的效能比較圖[4]，可以發現 HEVC 之編碼效能比其 它編碼標準以相同影像品質下，擁有更佳壓縮效能，此外，HEVC 可以提供更加 廣泛的影像解析度範圍應用，從 416240 解析度的行動裝置到超高畫質 4K2K 的影音裝置，甚至 8K4K 的視訊面板都能夠支援，如圖 2.2 所示。

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圖 2.1、Kimono1 視訊序列在不同視訊編碼標準之下的效能比較圖[4]

圖 2.2、H.265 所支援的解析度範圍

2.1.1 HEVC 視訊標準之架構

HEVC 架構主要分為兩個部分，網路抽象層(network abstraction layer: NAL) 和視訊編碼層(video coding layer: VCL)，如圖 2.3 所示，NAL 是一種封裝(packaging) 的模組，為了依據各式各樣的網路型態來提供所對應的封包方式，能夠適應不同 的傳輸協定以及傳輸媒介，而 VCL 為經過壓縮後、去冗餘的影像資料，VCL 與 NAL 互相配合，使得 VCL 的資料在網路上傳輸更有效率，且擁有更好的編解碼

Kimono1,19201080,30Hz

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圖 2.3、HEVC 系統框架圖

抗錯能力，讓 HEVC 更廣泛地支援多媒體串流與動通訊應用。

HEVC 的編解碼系統架構圖如圖 2.4 和圖 2.5 所示，在架構圖中可得知 HEVC 視訊標準的架構與先前的視訊標準非常的相似，其中包含:畫面內預測(intra prediction)、畫面間預測(inter prediction)、轉換與量化(transform and quantization) 和熵編碼(entropy coding)等部分，影像畫面先透過畫面內、畫面間預測，其中畫 面間預測包含運動估測(motion estimation: ME)及運動補償的動作，預測完後會得 到殘差值資料、預測模式及運動向量，再經過轉換使殘差值資料的能量集中，再 透過量化將資料進行壓縮，最後則是由商編碼來完成最後流程，接著會進行反量 化和反轉換(inverse quantization and inverse transform)，在經過去區塊濾波器 (deblocking filter)將重建畫面儲存至解碼圖像緩衝區(decoded pictures buffer)，提 供下一張畫面進行預測使用，而解碼架構則是類似編碼順序相反的過程。

VCL

(Video Coding Layer)

NAL

(Network Abstraction Layer)

視訊壓縮

封裝封包 bitstream

NAL unit HEVC

RTP/IP TCP/IP MP4

Format H.32 MPEG-2

Systems etc.

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圖 2.4、HEVC 的編碼系統架構圖

圖 2.5、HEVC 的解碼系統架構圖

Coding Unit (CU)

Prediction Unit (PU)

Transform

Intra Prediction Quantization

Inverse Sample Adaptive

Offset Filter

De-blocking SAO Filter

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HEVC 所採用更彈性化的四分樹編碼區塊的劃分 (quad-tree coding block partitioning)，來代替先前影像標準的巨方塊(macroblock: MB)當作編碼機本單位，

其做法為先將影像畫面切分成數個 CTU (coding tree units)，每個 CTU 的大小為 6464 像素，而各個 CTU 當中包含了三個基本單位，分別為編碼單位(coding unit:

CU)、預測單位(prediction unit: PU)、轉換單位(transform unit: TU)，其中 PU 包含 了畫框內預測與畫框間預測編碼兩種預測模式，而 TU 是做轉化和量化的基本編 碼單位，是經過預測模組處理後，紀錄重建影像和原始影像的殘差值資訊，再進 一步去做轉化及量化的處理過程，CU 是經過 PU 和 TU 編碼樹修剪(coding tree pruning)後才決定的尺寸大小，如圖 2.6 所示，可根據影像的特性和不同的編碼 工具來靈活的選擇尺寸。

圖 2.6、決定各種單位尺寸之示意圖 Transform Unit (TU) Prediction

Unit(PU) CTU

Best CTU structure

pruning

Coding Unit (CU)

RDcost

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