SHVC 視訊標準與架構之簡介

HEVC 於 2013 年 4 月成為正式的標準，為了能夠使 HEVC 更廣泛的使用，

且更具備商業化價值，ITU-T 和 ISO/IEC 聯合組成的視訊編碼聯合團隊 JCT-VC 於 2012 年 7 月著手開始制定可調的 HEVC 視訊標準 SHVC，並於 2014 年的 7 月完成標準化和商品化，SHVC 最大特色在於只需提供單一位元流就能夠支援多 層的畫面品質、畫面率和畫面解析度，在不同的接收端只需依照符合本身的條件 及需求來截取適當的位元流即可，圖 2.7 為 SHVC 根據不同使用者及傳輸條件所 應用的示意圖，在網路環境及設備功能較佳時，透過提取器(extractor)對原本位原 流進行截取，取出最適合的位元流大小給接收端，當網路環境及設備功能較差時，

則截取較小的位元流給接收端，利用此方法可以依照使用者在不同的網路及裝置 環境下選擇適當的資料，達到最有效率的資料傳輸，現今無線網路的快速發展，

人們無時無刻都可以透過行動通訊上網瀏覽影音資訊，像 YouTube、Facebook 和 FaceTime 等，未來在利用 SHVC 系統可以更加提升傳輸效率，讓使用者能享受 到更優質的影音服務。

作為 HEVC 的延伸應用，SHVC 主要是以 HVC 為主要架構，並且將三種可 調技術，品質可調(SNR scalability)、時間可調(temporal scalability)、空間可調 (spatial scalability)做結合並成為完整的系統，SHVC 是由一個基礎層(base layer:

BL)和數個加強層(enhancement: EL)所組成的，圖 2.8 為 SHVC 系統的編碼架構 圖，在圖中只使用了一個 EL 做為舉例，在輸入影像進行各層編碼之前，將會先 經過取樣濾波器來進行下取樣(down sampler)的處理，達到各層的不同解析度，

為了能夠提高編碼效能，SHVC 更改了 H.264/SVC 所使用的單迴路設計，而是採 用多重迴路架構，EL 利用了層間預測(inter-layer prediction: ILP)的技術來使用較 低層的重建畫面當參考畫面來進行預測，在之後會進行詳細介紹，各層的重建畫 面將會存入各層當中的解碼圖像緩衝區中(decoded pictures buffer: DPB)，在 3.4

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節中會對此做介紹，最後在輸出 SHVC 的位元流。

在 SHVC 位元流中，BL 可向後相容(backward compatible)於 HEVC 並可以 單獨被解碼，若解碼時只有 EL 位元流而沒有 BL 位元流時，將無法解碼出視訊 4K2K & 60fps

1080P & 60fps

CIF & 30fps

QCIF & 15fps

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POC)和時間可調階層(temporal layer: TL)的編號，箭頭代表編碼畫面所參考的畫 面，BL 中的畫面為重要畫面(key frames)，必定為 I/P 畫面，EL 的畫面則是以雙

Inter-layer Reference Pictures (Upsampling)

Inter-layer Prediction (Upsampling)

Decoded pictures buffer

(DPB) sample adaptive offset

Deblocking filter sample adaptive offset

Entropy encoding

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圖 2.9、階層式 B 畫面架構

2.2.2 品質可調

品質可調主要是在各個不同層之間設不同的量化參數，BL 的影像是使用較 大的量化參數去編碼，EL 則使用筆 BL 小的量化參數進行編碼，在品質可調主 要可以分為粗略品值可調(coarse grain scalability: CGS)、精細品質可調(fine grain scalability: FGS)和中度的品質可調(median grain scalability: MGS)這三種模式。

SHVC 所採取模式為 FGS 可調，此模式也在 H.264/SVC 使用，H.264 可調視訊 編碼中的 FGS 考慮到 DC 係數和 AC 係數重要性的差異，利用環形區塊編碼 (cyclical block coding)方式，使得編碼時能從較為重要的係數開始編碼，在相同的 位元率下能加收較多的重要的係數，提升畫面的品質，而 SHVC 品質可調目前也 使用此技術可調。

2.2.3 空間可調

空間可調主要是由不同解析度的影像分別作各層的編碼，當原始影像會先經 過下取樣濾波器(down sampling filter)的處理，達到各層的不同解析度，接著各層 各自做 HEVC 編碼過程，在相同畫面的不同層之間的有許多的相關性，EL 可以 使用較低層已經編碼完的資訊，進行層間預測過程將較低層的畫面資訊來進行預

POC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 TL 0 3 2 3 1 3 2 3 0 3 2 3 1 3 2 3 0

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測，有效地減少編碼的時間與複雜度，層間預測主要分為兩個模式，層間畫面內 模式(inter-layer intra modes)和層間畫面間模式(inter-layer inter modes)，層間畫面 內模式是利用不同層的畫面來進行畫面內編碼，較低層的重建畫面依據不同層解 析度不同的比例，經過上取樣濾波器(upsampling filter)作取樣，而產生的層間參 考畫面(inter-layer reference: ILR)進行預測，層間畫面間模式是在 BL 做 ME 所得 到的運動像量(motion vector: MV) 給 EL 當進階移動向量預測(advance motion vector predictor: AMVP)做參考資訊使用，使編碼的速度加速，來減少在畫面間預 測時的運算複雜度，最後畫面間階層殘值預測為了減少 EL 的殘值資料，主要利 用 BL 所產生的殘值資訊經過上取樣後，給 EL 當參考資訊，來降低 EL 的殘值 資訊，提高編碼的效益。