H.265与H.264的差异详解(转)

时间:2024-04-08 13:41:06

目录:

1.编解码框架差异

2.压缩性能比较

3.各模块技术差异汇总

4.块划分结构

5.帧内预测

6.帧间预测

7.去块滤波

8.SAO滤波

9.Tile

10.WPP

11.Dependent slice

12.其他技术

 

1.    H.264与H.265的主要差异

H.265仍然采用混合编解码,编解码结构域H.264基本一致,

主要的不同在于:

Ø  编码块划分结构:采用CU (CodingUnit)、PU(PredictionUnit)和TU(TransformUnit)的递归结构。

Ø  基本细节:各功能块的内部细节有很多差异

Ø  并行工具:增加了Tile以及WPP等并行工具集以提高编码速度

Ø  滤波器:在去块滤波之后增加了SAO(sample adaptive offset)滤波模块

H.265与H.264的差异详解(转)

Fig.H.265的框架图

 

2.    压缩性能比较

PSNR计算方式

H.265与H.264的差异详解(转)

H.265/HEVC HM-9.0 和H.264  JM-18.4 的BD-rate 比较:

 AllIntra case:                     22%

 RandomAccess case:              34%

 LowDelay case:                   37%

 

3.    各模块技术差异汇总

H.265与H.264的差异详解(转)

H.265与H.264的差异详解(转)

 

4.    块划分结构

在H.265中,将宏块的大小从H.264的16×16扩展到了64×64,以便于高分辨率视频的压缩。

同时,采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率,

包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。

如下图所示:

H.265与H.264的差异详解(转)


其中:

编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念,用于编码的过程。

预测单元是进行预测的基本单元,

变换单元是进行变换和量化的基本单元。

 

这三个单元的分离,使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活,

也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征,

有利于各个单元更优化的完成各自的功能。

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RQT是一种自适应的变换技术,这种思想是对H.264/AVC中ABT(AdaptiveBlock-size Transform)技术的延伸和扩展。

对于帧间编码来说,它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整;

对于帧内编码来说,它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。

大块的变换相对于小块的变换,一方面能够提供更好的能量集中效果,并能在量化后保存更多的图像细节,但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。

因此,根据当前块信号的特性,自适应的选择变换块大小,如下图所示,可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者最优的折中。

H.265与H.264的差异详解(转)

Fig. 灵活的块结构示意图

 

 

5.    帧内预测模式

本质上H.265是在H.264的预测方向基础上增加了更多的预测方向

H.265:所有尺寸的CU块,亮度有35种预测方向,色度有5种预测方向

H.264:亮度 4x4块9个方向,8x8块9个方向,16x16块4种方向,色度4种方向

 H.265与H.264的差异详解(转)

H.264的帧内预测方向:

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H.265的帧内预测方向:

 

6.    帧间预测

本质上H.265是在H.264基础上增加插值的抽头系数个数,改变抽头系数值以及增加运动矢量预测值的候选个数,以达到减少预测残差的目的。

H.265与H.264一样插值精度都是亮度到1/4,色度到1/8精度,但插值滤波器抽头长度和系数不同.

H.265的增加了运动矢量预测值候选的个数,而H.264预测值只有一个

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H.265的空域候选项:

H.265与H.264的差异详解(转)

H.265时域共同位置候选项

 

7.    去块滤波

本质上H.265的去块滤波与H.264的去块滤波及流程是一致的,做了如下最显著的改变:

Ø  滤波边界: H.264最小到4x4边界滤波;而H.265适应最新的CU、PU和TU划分结构的滤波边缘,最小滤波边界为8x8,

Ø  滤波顺序:H264先宏块内采用垂直边界,再当前宏块内水平边界;而H.265先整帧的垂直边界,再整帧的水平边界

 

ALF在编解码环路内,位于Deblock和SAO之后,

用于恢复重建图像以达到重建图像与原始图像之间的均方差(MSE)最小。

ALF的系数是在帧级计算和传输的,可以整帧应用ALF,

也可以对于基于块或基于量化树(quadtree)的部分区域进行ALF,

如果是基于部分区域的ALF,还必须传递指示区域信息的附加信息。

 

8.   采样点自适应偏移(Sample AdaptiveOffset滤波

SAO(sample adaptive offset)滤波其实就是对去块滤波后的重建像素按照不同的模板进行分类,并对每一种分类像素进行补偿, 分类模板分为BO(Band offset)和EO(Edge offset)。

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BO分类:

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EO分类模块:

SAO在编解码环路内,位于Deblock之后,通过对重建图像的分类,对每一类图像像素值加减一个偏移,达到减少失真的目的,从而提高压缩率,减少码流。

采用SAO后,平均可以减少2%~6%的码流,而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2%。

 

9.   Tile

Tile:  将图像分割为矩形区域。

其主要目的是增强并行处理性能。

每个tile区域相当于一幅子图像,可独立的以LCU块为单位进行编解码。

一个Tile块为基本的并行单元,每个Tile为一个子码流

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10.  WPP

WPP:   全称为wavefront  parallel process,以LCU行为基本的编码单位。

以一行LCU块为基本的并行单元,每一行LCU为一个子码流

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11.  Dependentslice

Dependent slice:该技术可以理解为对原先Slice NALU的数据划分,使其可以适合更加灵活的打包方式。

Slice 和dependent slice 的示意图如下

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12.  其他相关技术

Ø  Transform_skip模式:transform_skip_flag,该模式不进行变换,但是要进行量化,该模式对文本桌面视频有较好效果

Ø  内部比特深度增加:为了保证中间预测、变换以及量化过程中的内部比特精度,以达到更好的压缩性能