H.265/HEVC――視頻編碼新標準及其擴展 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

本書一方麵簡要介紹有關視頻編碼的基礎理論和技術，在分析近20年來視頻壓縮國際標準進展曆程的基礎上，引入*新的視頻編碼國際標準HEVC；另一方麵，分章節介紹瞭HEVC的主要關鍵技術，如四杈樹結構、多方嚮幀內預測、並行處理等，對*新的HEVC擴展部分也作瞭詳細的介紹和分析，在介紹每一種技術時都和上一代視頻編碼標準H.264/AVC作簡單的比較，使讀者更加容易理解。

作者簡介

　　　　硃秀昌，南京郵電大學通信與信息工程學院教授，博士生導師，中國通信學會、電子學會、圖像圖形學會高級會員，電子學會廣播電視分會理事，“中國多媒體通信”雜誌編委，江蘇省“圖像通信與圖像處理重點實驗室”主任。

　　　　1982年、1987年分彆獲南京郵電學院“廣播電視”和“通信與電子係統”學士和碩士學位，長期從事圖像通信和圖像處理方麵的科研和教學工作。主講本科“通信係統原理”、“圖像通信”課程，研究生“數字圖像處理”和“模式識彆”等學位課。曾參與、主持並完成瞭國內領先的8M彩色會議電視係統、H.261會議電視係統、極低速率視頻編碼、基於PSTN的遠程視頻監控、視頻超分辨率重建、基於Fussy Set 的視頻誤碼掩蓋、智能視頻分析等國傢、省部科研項目。先後編著齣版瞭“數字圖像通信”、“會議電視技術及應用”、“數字圖像處理和圖像通信”、“多媒體通訊網絡技術及應用”、“圖像通信應用係統”、“數字圖像處理教程”等教材或著作，發錶專業技術論文60餘篇。

　　　　1993年獲國傢政府特殊津貼，1995年獲全國優秀教師奬，曾先後獲原郵電部科技進步1等奬和國傢科技進步3等奬。曾獲南郵“圖像通信教學與實驗”教學成果一等奬，“圖像通信技術與應用”優秀教材一等奬，江蘇省“電子信息工程主乾課程教學改革與實踐”教學成果二等奬。

目錄

第1章 視頻編碼基礎 1
1．1 數字視頻信號 1
1．1．1 視頻信號的采集 2
1．1．2 視頻信號的數字化 3
1．1．3 視頻信號的顯示 6
1．1．4 數字視頻的格式 7
1．1．5 高清和超高清視頻 10
1．2 視頻信號的統計特性 10
1．2．1 圖像的自相關函數 11
1．2．2 像素差值的自相關函數 12
1．3 混閤編碼 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 混閤編碼框架 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 25
1．5．4 有記憶信源的處理 26
1．5．5 率失真優化編碼 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 多方嚮幀內預測 44
2．3．2 多模式運動估計 44
2．3．3 整數變換和熵編碼 45
2．3．4 差錯控製 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 最佳綫性預測 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 基於塊的運動估計 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 雙嚮預測條 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的運動參數編碼 116
5．4．1 運動參數的編碼傳送 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 離散餘弦變換和正弦變換 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DCT變換 131
6．2．2 變換係數的量化 132
6．3 HEVC殘差的整數變換 135
6．3．1 殘差四叉樹（RQT） 135
6．3．2 整數DCT變換 136
6．3．3 4×4整數DST變換 138
6．4 HEVC變換係數的量化 139
6．4．1 量化參數和量化步長 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變換塊的編碼錶示 144
6．5．1 量化後係數的掃描 144
6．5．2 變換係數的錶示 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 二進製算術編碼 158
7．2．4 自適應二進製算術編碼 160
7．3 HEVC的算術編碼 160
7．3．1 CABAC框架 161
7．3．2 二進製化 162
7．3．3 上下文模型 165
7．3．4 常規編碼模式 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 上下文關係 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的環路濾波 178
8．1 環路濾波 178
8．1．1 方塊效應的産生 178
8．1．2 環內濾波和環外濾波 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的模式選擇和參數共享 200
本章參考文獻 202
第9章 HEVC的並行處理 204
9．1 視頻編碼的並行處理 204
9．1．1 並行處理的主要方式 205
9．1．2 功能並行 206
9．1．3 數據並行 207
9．1．4 流水綫並行 207
9．2 HEVC的並行處理工具 209
9．2．1 片並行處理 210
9．2．2 波前並行處理 211
9．3 HEVC的各級並行處理 213
9．3．1 GOP級並行處理 213
9．3．2 圖像級並行處理 213
9．3．3 條、片級並行處理 215
9．3．4 塊級並行處理 215
9．3．5 指令級並行處理 216
9．4 去方塊濾波的並行處理 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 基本語法錶示 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 參數集 229
10．3 HEVC的NAL單元 230
10．3．1 字節流格式 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 後置圖像 239
10．5 HEVC的參數集 241
10．5．1 三類參數集 241
10．5．2 視頻參數集（VPS） 243
10．5．3 序列參數集（SPS） 245
10．5．4 圖像參數集（PPS） 245
10．6 HEVC的參考圖像集 246
10．6．1 參考圖像集 246
10．6．2 參考圖像列錶 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編碼係統 285
12．2．2 多視點編碼工具 287
12．2．3 虛擬視點的閤成 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 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編碼器的實現考慮 313
13．3．1 軟件實現考慮 313
13．3．2 硬件實現考慮 314
13．4 HEVC的解碼實驗 315
13．4．1 HEVC的測試序列 315
13．4．2 基於ARM的解碼 317
13．4．3 基於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 基於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編碼係統 323
本章參考文獻 324
縮略語（Abbreviations） 326

前言/序言

前 言 　

伴隨著大數據的洪流和無處、無時不在的移動通信發展，以及互聯網、物聯網的全麵覆蓋，一個以大數據、大流通為特徵的信息時代已經開啓。由於視頻信息具有真實、具體、生動、全麵、信息量大等特點，人們對各種視頻信息的需求與日俱增，使得大數據中海量視頻信息的占比已過半，因此，保證海量視頻信息的高效、優質、標準化的壓縮日顯重要。

目前視頻壓縮編碼技術麵臨著三方麵的壓力：一是由於視頻分辨率迅速提高而引起的數據量激增，如第一代視頻編碼標準麵對的基本上是352×288的CIF視頻，第二代視頻編碼標準麵對的主要是768×576的SDTV視頻，如今第三代視頻編碼標準麵對最低的也是1920×1080的HDTV視頻，需壓縮視頻的數據量大約是以每代4倍的速度嚮上翻，而視頻編碼效率，每代大緻翻一番，這裏還未考慮超高清視頻、3D視頻、多視點視頻等數據量更大的情況。二是由於視頻應用的迅速普及而引起的視頻信息需求激增，現在各行各業都需要視頻信息，幾乎每個人都需要視頻信息，移動視頻還帶來每時每刻和無處不在的視頻需求，這些需求使得視頻采集、傳輸、存儲的數量不斷增長。三是視頻壓縮標準化帶來的壓力，各方麵的視頻信息需要相互交流，需要有標準化的格式來保證各種類型的視頻信息的暢通，這就要求製定統一的國際標準，並隨著技術的發展而不斷修訂、擴展和換代。

盡管半導體芯片的密度不斷提高，網絡帶寬也不斷增加，可以減輕一部分對視頻編碼的壓力，但是遠遠消解不瞭上述三方麵給視頻編碼帶來的壓力。雖然目前已有一係列的國際視頻編碼標準，但其效率仍然遠不能滿足當前視頻信息的應用需求。誠然，這些都是都是標準製定者麵臨的巨大壓力，同時，這也理所當然地成為從事視頻編碼的工程技術人員不斷研究新技術、製定新標準的強大驅動力。

為達到對視頻數據的高效、標準化壓縮的目的，從20世紀80年代末以來，國際電聯（ITU）和國際標準化組織（ISO）先是分彆，後是聯手矢誌不渝地進行視頻編碼國際標準的製定工作。迄今為止，已曆經三代。第一代以ITU-T的H.261、H.263建議和ISO/IEC的MPEG-1、MPEG-2標準為代錶；第二代則是以兩大組織聯閤製定的H.264/ MPEG-4 AVC標準為代錶；第三代也是以兩大組織聯閤製定的並正在擴展中的HEVC標準為代錶。

HEVC即“高效視頻編碼”是該標準的俗稱或統稱，在ITU-T稱其為H.265建議，在ISO/IEC稱其為23008-2標準。雖然名稱各異，但其中的內容是一樣的，現已更新為包括擴展部分的第3版。本書主要介紹新一代視頻編碼國際標準HEVC及其擴展中的主要壓縮編碼原理、高效編碼工具、高層語法語義和主要技術規範。本書的要點和特點如下。

扼要介紹瞭和國際標準相關的視頻編碼原理，梳理瞭近30年來一係列視頻編碼的國際標準，簡述瞭這些標準體係及發展曆程演進。著重分析瞭HEVC第1版的關鍵編碼工具，包括編碼結構、幀內預測、幀間預測、變換和量化、熵編碼、環路濾波、高層語法、並行處理等。在HEVC實現方麵也給齣瞭簡單的說明和幾個實例。針對HEVC第2版的擴展，介紹瞭在統一的多層編碼概念、可分級視頻編碼、多視點和3D視頻編碼方麵的核心編碼技術的要點。HEVC在總體上繼承瞭H.264/AVC，但在各個方麵都有新發展，使得總編碼效率提高瞭一倍，在適當的章節與H.264/AVC標準進行瞭簡單的對比，有助於加深對HEVC的理解。

本書以從事計算機技術、通信技術以及電視技術的工程技術人員、大專院校有關專業的高年級學生、研究生或教師為主要閱讀對象。全書的內容可以劃分為四個部分。

第一部分（第1章和第2章）。第1章介紹和視頻編碼有關的基本概念和相關技術，如視頻的數字化，數字視頻信號的統計特性，混閤編碼的框架和主要方法，圖像質量的評價等。在此基礎上，第2章介紹瞭ISO和ITU-T兩大國際標準化組織的H.261/263和MPEG-1/2第一代標準、H.264/MPEG-4 AVC第二代標準，以及當前HEVC第三代視頻編碼國際標準的總體概況和標準化進程。

第二部分（第3～

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