文献综述-hevc视频解码标准结构和复杂度分析

杭州电子科技大学毕业设计（论文）文献综述毕业设计（论文）题目HEVC视频解码标准结构和复杂度分析文献综述题目HEVC视频解码标准学院通信工程学院专业通信工程HEVC视频解码标准结构一、前言随着视频分辨率的提高和视频信息的飞速增长，日渐增长的视频分辨率与传输视频所能占用的有效带宽之间的矛盾越来越大，视频编解码标准H264已经很难满足1080P及以上分辨率视频对于编解码效率的要求。为了在有限带宽下传输更高质量的视频需要进一步提高视频编解码标准的编码效率，HEVC应运而生。新一代视频编码标准HEVC由JCTVC提出，作为新一代的视频编码标准HEVC的编码效率可以达到H264的两倍1。虽然HEVC在编码效率的提高能使其更好的适应各种高清视频应用场合，但是HEVC标准的编解码复杂度及软硬件实现难度也有所增加。二、主题视频压缩的目的是为了减少视频文件的冗余，方便视频更高效的存储和分发。消除视频冗余使用的算法组成了编码（ENCODE）的过程。将压缩文件恢复至其原始状态所使用的方法称之为解码（DECODE），压缩和解压缩过程的互操作性构成了编解码的基础。编解码之间的差异源于在消除视频冗余信息时所采用的技术各不相同。与H264的解码器类似，HEVC解码器也是一种混合的架构，包括熵解码、反变化、反量化、运动补偿、帧内预测、环路滤波等多个组件，但HEVC对其进行了优化和改进。解码器首先从符合HEVC标准的码流中提取出各个语法元素，然后用这些语法元素重建出原视频的每帧图像2。1、熵解码HEVC熵解码器只实现CABAC熵解码，熵解码模块从码流中解析出各个语法元素，然后将相应的语法元素送给解码器的其它模块。解码所得的语法元素主要包括残差系数、运动信息、帧内预测信息、滤波信息及其它的全局控制信息。由于HEVC对CABAC进行了相应优化，HEVC中CABAC在实现上比H264简单，且在数据吞吐量、并行化、内存使用方面都有了相应的改进。2、反变换与反量化解码端先对解码出的残差系数进行反量化，然后根据变换单元的尺寸对残差系数进行反变换操作。为降低计算的复杂度，在反变换环节，HEVC将二维的反变换分解成两个一维变换，HEVC中反变换包括反DCT变换与反DST变换。该环节的输出为样本点的残差矩阵。3、帧内预测HEVC解码端首先根据空间域上方、左方的像素点的帧内预测模式推导出当前块的三种最可能预测模式，然后根据码流中的相关语法元素确定出当前块的帧内预测模式3。同时解码器还需要对参考样本的像素点进行滤波或替换，之后解码器根据当前块的预测模式及参考样本的像素点重构出当前块的帧内预测样本，与残差样本相加，得到当前块的帧内重构样本。4、运动估计HEVC解码端根据预测单元中的相应语法元素来对当前帧内预测块采取不同的操作。如果当前块釆用的是MERGE模式，解码端首先重构出当前块的运动信息候选列表，然后根据码流中传过来的索引值，从中选取相应的一组运动信息作为当前块的运动信息；如果当前块采用的是非MERGE模式，则解码器从当前块的时间域及空间域上对当前预测块的运动向量进估计得到当前块的运动向量的估计值，与码流中的运动向量残差相加，得到当前预测块的运动信息。在获取当前块运动信息的同时,解码端还要对参考样本点进行插值。之后，解码器根据当前块的运动信息，从参考样本中取出相应的图像块作为当前块的顿间预测样本，预测样本与残差样本相加，得到当前顿间预测块的重构样本。5、环路滤波HEVC解码端首先对重构的样本点的8X8块边界进行滤波，去除因块处理而造成的块失真。之后解码器将码流中传过来的SAO偏移量加在去块滤波后的像素点上4，对重构后的样本进行修正，提高编码解码的PSNR。三、总结本文主要对HEVC编解码标准进行入研究，介绍HEVC相比于H264所做的改进，并分析了这些改进对于编码效率及标准实现的影响。在此基础上，又对HEVC编解码器的整体结构作了介绍。JCTVC是联合视频专家组为解决高清及超高清视频数据的存储传输而制定的具有更高压缩效率的新一代视频编码标准。尽管仍然基于传统的混合视频编码框架，但对该框架中每个模块都进行了技术创新，包括灵活的块划分模式，基于竞争的运动视频预测、基于DCT的分像素插值滤波器、高效的自适应算术编码以及波形并行处理技术等等。这些新技术使得HEVC编码效率比H264/AVC提高了一倍。但是这些编码选项的灵活组合使得HEVC的编码复杂度急剧增加，阻碍了HEVC标准的快速推广和应用。因此研究快速、高效的编码率失真优化算法、码率控制算法、主观质量优化算法应该是未来一段时期的研究热点。四、参考文献1汪建军HEVC视频编解码标准研究及解析模块设计山东大学硕士论文，20142FRANKBOSSEN,BENJAMINBROSS,KARSTENSUHRING,ANDDAVIDFLYNNHEVCCOMPLEXITYANDIMPLEMENTATIONANALYSISJIEEETRANSACTIONSONCIRCUITSANDSYSTEMSFORVIDEOTECHNOLOGY,2012,22129699773周作成,贾克斌新一代视频编码标准HEVC关键技术