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视频编码是各类视频应用的核心技术。面对视频应用多样化和高清化的挑战，国际标准化组织于2013年发布了新一代视频编码标准H.265/HEVC。H.265/HEVC是目前最新的视频编码国际标准，包含了 进的视频编码技术。万帅、杨付正编著的这本《新一代高效视频编码H.265\HEVC--原理标准与实现》从原理、标准与实现三个角度出发，系统全面地介绍了H.265/HEVC视频编码标准。
作者简介
杨付正,2005-2006 西安电子科技大学 通信工程学院 讲师
2006-2012西安电子科技大学 通信工程学院 副教授
2006-2007 伦敦大学Queen Mary学院 访问学者/博士后
2012至今 西安电子科技大学 通信工程学院 教授、信息科学研究所副所长
目录
目录
第1章绪论 1
1.1视频压缩与编码概述 2
1.1.1视频 2
1.1.2视频压缩与编码 3
1.2视频编码标准 5
1.2.1什么是视频编码标准 5
1.2.2视频编码国际标准的发展 7
1.3H.265/HEVC简介 12
1.3.1标准化历程 12
1.3.2编码框架 13
1.3.3特色编码技术 15
参考文献 18
第2章数字视频格式 22
2.1数字视频 22
2.1.1颜色空间 23
2.1.2量化深度 26
2.1.3空间分辨率 27
2.1.4时间分辨率 28
2.2数字视频格式 29
2.2.1色度亚采样 29
2.2.2数字视频格式的规范标准 31
2.3H.265/HEVC编码视频格式 37
2.3.1编码图像格式 37
2.3.2解码图像格式 40
参考文献 46
第3章编码结构 48
3.1编码结构概述 48
3.2视频参数集 51
3.2.1视频层描述 51
3.2.2视频层参数集 52
3.3序列参数集 55
3.4图像参数集 61
3.5片段层 67
3.5.1片与片段 67
3.5.2片头语法语义 69
3.6Tile单元 75
3.6.1Tile单元描述 75
3.6.2Slice与Tile 76
3.7树形编码块 77
3.7.1编码单元 78
3.7.2预测单元 83
3.7.3变换单元 86
3.8档次、层和级别 88
3.8.1档次 88
3.8.2层和级别 90
参考文献 93
第4章预测编码 94
4.1视频预测编码技术 94
4.1.1预测编码的原理 94
4.1.2帧内预测编码 97
4.1.3帧间预测编码 101
4.2帧内预测 111
4.2.1帧内预测模式 111
4.2.2帧内预测过程 117
4.3帧间预测 124
4.3.1运动估计 124
4.3.2MV预测技术 130
4.3.3加权预测 135
4.4PCM模式及相关语法语义 137
4.4.1PCM模式 137
4.4.2相关语法语义 138
参考文献 138
第5章变换编码 142
5.1离散余弦变换 143
5.1.1DCT原理及特点 143
5.1.2整数DCT 148
5.1.3H.265/HEVC中的整数DCT 152
5.2离散正弦变换 154
5.2.1DST原理 154
5.2.2H.265/HEVC中的整数DST 156
5.3变换结构 158
5.3.1变换单元 158
5.3.2相关语法语义 159
5.4哈达玛变换 160
5.4.1原理及特点 160
5.4.2哈达玛变换的应用 161
参考文献 163
第6章量化 166
6.1标量量化 167
6.1.1基本原理 167
6.1.2均匀量化 168
6.1.3Lloyd-Max量化器 170
6.1.4熵编码量化器 171
6.2H.265/HEVC中的量化 173
6.2.1量化 173
6.2.2反量化 175
6.2.3RDOQ 176
6.2.4量化参数 178
6.2.5量化矩阵 182
参考文献 184
第7章环路后处理 187
7.1去方块滤波 188
7.1.1去方块滤波技术 190
7.1.2去方块滤波的实现方法 199
7.1.3语法语义 204
7.2样点自适应补偿 206
7.2.1SAO技术 207
7.2.2SAO的实现方法 210
7.2.3语法语义 217
参考文献 223
第8章熵编码 226
8.1熵编码基本原理 226
8.1.1熵 226
8.1.2变长编码 229
8.1.3指数哥伦布编码 230
8.1.4算术编码 232
8.2零阶指数哥伦布编码及其应用 235
8.2.1零阶指数哥伦布编码 235
8.2.2H.265/HEVC中的应用 237
8.3CABAC 240
8.3.1CABAC的原理 240
8.3.2H.265/HEVC中的CABAC 242
8.3.3CABAC在H.265/HEVC中的应用 249
8.4变换系数熵编码 259
8.4.1变换系数扫描 259
8.4.2非零系数位置信息编码 261
8.4.3非零系数幅值信息编码 263
参考文献 265
第9章网络适配层 269
9.1分层结构 269
9.2图像类型 272
9.3网络适配层单元 276
9.3.1NALU载荷 277
9.3.2NALU头 279
9.4视频比特流中的NALU 282
9.4.1介入单元 282
9.4.2参数集 285
9.5网络适配层单元的应用 286
9.5.1字节流应用 286
9.5.2分组流应用 287
参考文献 291
第10章编解码并行处理 293
10.1视频编解码并行处理技术 294
10.1.1并行处理基本概念 294
10.1.2H.265/HEVC编解码并行处理方式 296
10.1.3H.265/HEVC编码单元数据依赖关系 297
10.2H.265/HEVC标准中并行处理新技术 298
10.2.1Tile 299
10.2.2波前并行处理 301
10.2.3依赖片 303
10.3H.265/HEVC编解码并行策略 303
10.3.1GOP级并行 304
10.3.2图像级并行 305
10.3.3Slice级并行 306
10.3.4Tile级并行 306
10.3.5CTB级并行 308
参考文献 310
第11章率失真优化 312
11.1率失真优化技术 313
11.1.1率失真理论 313
11.1.2视频编码中的率失真优化 322
11.2H.265/HEVC编码器中的率失真优化方法 327
11.2.1视频图像组的率失真优化 328
11.2.2片层的率失真优化 331
11.2.3CTU层率失真优化 332
11.2.4CU层率失真优化 333
11.2.5PU层率失真优化 334
11.2.6编码参考模型HM中的率失真优化方法 335
参考文献 342
第12章速率控制 344
12.1视频编码速率控制 344
12.1.1速率控制的基本原理 344
12.1.2缓冲机制 347
12.1.3速率控制技术 348
12.2H.265/HEVC速率控制 355
12.2.1目标比特分配 356
12.2.2量化参数确定 359
参考文献 361
附录A术语及英文解释 365
附录B缩写 384
序言
前言
视觉是人类感知世界最重要的方式。中文说“眼见为实”，英文强调“Seeing is believing”，人们总是更乐于接受所能看到的信息，因此人类的科技一直不懈地致力于为人们提供更多、更好的用于“看”的信息。黑白电视的发明曾经带给人们巨大的震撼，很快，人们对于色彩的天然渴望，又促使彩色电视出现。进入数字时代之后，数字视频更是紧随着IT技术的浪潮，获得了非常迅速的发展。追求更高的清晰度，是数字视频技术领域从未停止的步伐。如今，各式各样的视频应用已经渗透到人类社会的各个领域，可以说，视频应用是现代人类社会运转的重要组成部分。
作为一种数据量非常巨大的信息载体，视频若想获得实际应用，必须采取高效的数据压缩和编码。自20世纪80年代以来，国际标准化组织一直在持续研究视频编码方法，并根据当时整体技术水平，制定相应的视频编码国际标准。每一次视频编码国际标准的颁布，都会从很大程度上促进视频技术的发展，催生更多的视频应用。相应地，视频应用的不断涌现也为视频编码提出了更高的要求，进而推动着视频编码标准向更高的压缩效率不断挺进。
近年来，智能移动终端的普及使得视频应用越来越多样化，涉及的视频内容丰富多样，立体视频应用也开始获得人们的关注。此外，高清晰度的显示设备越来越常见，人们对视频分辨率的要求也随之水涨船高。虽然网络和存储技术也在快速发展，但是视频数据量增长的速度更为惊人，大有“道高一尺魔高一丈”的态势。尽管现有的视频编码标准特别是H.264/AVC具有出色的压缩性能，但是已明显不能满足新型视频应用的需求。在这样的背景下，国际电信联盟ITU—T与国际标准化组织ISO/IEC再次通力合作，于2013年发布了新一代的高效视频编码标准（High Efficiency Video Coding，HEVC，H.265）。H.265/HEVC包含着最新的视频编码技术，与它的前代H.264/AVC相比，H.265/HEVC在同样的编码质量下能够节约50%左右的码率。除了出色的压缩性能，H.265/HEVC还包含特有的并行处理设计，其软硬件实现将具有更好的实用性。因此，H.265/HEVC将于短期内迅速取代H.264/AVC，在各类视频业务中获得广泛的应用。
由于H.265/HEVC采用了大量编码新技术，相关标准的语法语义解读比较困难。本书作者根据自己长期研究视频编码的经验，对本书的内容进行了模块化的编排。在给出H.265/HEVC整体编码框架和其中的关键技术之后，针对H.265/HEVC的各个编码模块分别进行详尽分析。为方便读者理解，每个模块都包含了相应的背景知识、语法语义、实现方式等。全书分为12章。第1章概述了视频编码国际标准和H.265/HEVC的发展历程，介绍了H.265/HEVC的特色技术。第2章讨论了数字视频格式和H.265/HEVC的编码视频格式。第3章详细解析了H.265/HEVC编码结构以及参数集，并介绍了H.265/HEVC的档次、层和级别。第4～8章为H.265/HEVC编码技术的分模块论述和语法语义解析，包括预测编码、变换编码、量化编码、环路后处理和熵编码。第9～12章针对H.265/HEVC的实现和应用，详细介绍了H.265/HEVC的网络适配层、并行处理技术、率失真优化和编码速率控制。
本书可作为电子信息类和广播电视类本科高年级学生和研究生的相关课程教材，也可供视频技术研究领域内的研究生、教师、工程师参考，并适合相关技术人员作为解读H.265/HEVC标准的参考。
本书的撰写受国家自然科学基金“基于感知失真度量的高效视频编码（HEVC）率失真优化研究”（批准号61371089）的支持。感谢贺竞博士、李维博士、张泰、张新在本书撰写过程中在资料收集和内容整理方面做出的辛勤工作。由于时间有限，书中的论述难免出现疏漏，恳请广大读者批评指正。作者联系邮箱：swan@nwpu.edu.cn。
视频编码是各类视频应用的核心技术。面对视频应用多样化和高清化的挑战，国际标准化组织于2013年发布了新一代视频编码标准H.265/HEVC。H.265/HEVC是目前最新的视频编码国际标准，包含了 进的视频编码技术。万帅、杨付正编著的这本《新一代高效视频编码H.265\HEVC--原理标准与实现》从原理、标准与实现三个角度出发，系统全面地介绍了H.265/HEVC视频编码标准。
作者简介
杨付正,2005-2006 西安电子科技大学 通信工程学院 讲师
2006-2012西安电子科技大学 通信工程学院 副教授
2006-2007 伦敦大学Queen Mary学院 访问学者/博士后
2012至今 西安电子科技大学 通信工程学院 教授、信息科学研究所副所长
目录
目录
第1章绪论 1
1.1视频压缩与编码概述 2
1.1.1视频 2
1.1.2视频压缩与编码 3
1.2视频编码标准 5
1.2.1什么是视频编码标准 5
1.2.2视频编码国际标准的发展 7
1.3H.265/HEVC简介 12
1.3.1标准化历程 12
1.3.2编码框架 13
1.3.3特色编码技术 15
参考文献 18
第2章数字视频格式 22
2.1数字视频 22
2.1.1颜色空间 23
2.1.2量化深度 26
2.1.3空间分辨率 27
2.1.4时间分辨率 28
2.2数字视频格式 29
2.2.1色度亚采样 29
2.2.2数字视频格式的规范标准 31
2.3H.265/HEVC编码视频格式 37
2.3.1编码图像格式 37
2.3.2解码图像格式 40
参考文献 46
第3章编码结构 48
3.1编码结构概述 48
3.2视频参数集 51
3.2.1视频层描述 51
3.2.2视频层参数集 52
3.3序列参数集 55
3.4图像参数集 61
3.5片段层 67
3.5.1片与片段 67
3.5.2片头语法语义 69
3.6Tile单元 75
3.6.1Tile单元描述 75
3.6.2Slice与Tile 76
3.7树形编码块 77
3.7.1编码单元 78
3.7.2预测单元 83
3.7.3变换单元 86
3.8档次、层和级别 88
3.8.1档次 88
3.8.2层和级别 90
参考文献 93
第4章预测编码 94
4.1视频预测编码技术 94
4.1.1预测编码的原理 94
4.1.2帧内预测编码 97
4.1.3帧间预测编码 101
4.2帧内预测 111
4.2.1帧内预测模式 111
4.2.2帧内预测过程 117
4.3帧间预测 124
4.3.1运动估计 124
4.3.2MV预测技术 130
4.3.3加权预测 135
4.4PCM模式及相关语法语义 137
4.4.1PCM模式 137
4.4.2相关语法语义 138
参考文献 138
第5章变换编码 142
5.1离散余弦变换 143
5.1.1DCT原理及特点 143
5.1.2整数DCT 148
5.1.3H.265/HEVC中的整数DCT 152
5.2离散正弦变换 154
5.2.1DST原理 154
5.2.2H.265/HEVC中的整数DST 156
5.3变换结构 158
5.3.1变换单元 158
5.3.2相关语法语义 159
5.4哈达玛变换 160
5.4.1原理及特点 160
5.4.2哈达玛变换的应用 161
参考文献 163
第6章量化 166
6.1标量量化 167
6.1.1基本原理 167
6.1.2均匀量化 168
6.1.3Lloyd-Max量化器 170
6.1.4熵编码量化器 171
6.2H.265/HEVC中的量化 173
6.2.1量化 173
6.2.2反量化 175
6.2.3RDOQ 176
6.2.4量化参数 178
6.2.5量化矩阵 182
参考文献 184
第7章环路后处理 187
7.1去方块滤波 188
7.1.1去方块滤波技术 190
7.1.2去方块滤波的实现方法 199
7.1.3语法语义 204
7.2样点自适应补偿 206
7.2.1SAO技术 207
7.2.2SAO的实现方法 210
7.2.3语法语义 217
参考文献 223
第8章熵编码 226
8.1熵编码基本原理 226
8.1.1熵 226
8.1.2变长编码 229
8.1.3指数哥伦布编码 230
8.1.4算术编码 232
8.2零阶指数哥伦布编码及其应用 235
8.2.1零阶指数哥伦布编码 235
8.2.2H.265/HEVC中的应用 237
8.3CABAC 240
8.3.1CABAC的原理 240
8.3.2H.265/HEVC中的CABAC 242
8.3.3CABAC在H.265/HEVC中的应用 249
8.4变换系数熵编码 259
8.4.1变换系数扫描 259
8.4.2非零系数位置信息编码 261
8.4.3非零系数幅值信息编码 263
参考文献 265
第9章网络适配层 269
9.1分层结构 269
9.2图像类型 272
9.3网络适配层单元 276
9.3.1NALU载荷 277
9.3.2NALU头 279
9.4视频比特流中的NALU 282
9.4.1介入单元 282
9.4.2参数集 285
9.5网络适配层单元的应用 286
9.5.1字节流应用 286
9.5.2分组流应用 287
参考文献 291
第10章编解码并行处理 293
10.1视频编解码并行处理技术 294
10.1.1并行处理基本概念 294
10.1.2H.265/HEVC编解码并行处理方式 296
10.1.3H.265/HEVC编码单元数据依赖关系 297
10.2H.265/HEVC标准中并行处理新技术 298
10.2.1Tile 299
10.2.2波前并行处理 301
10.2.3依赖片 303
10.3H.265/HEVC编解码并行策略 303
10.3.1GOP级并行 304
10.3.2图像级并行 305
10.3.3Slice级并行 306
10.3.4Tile级并行 306
10.3.5CTB级并行 308
参考文献 310
第11章率失真优化 312
11.1率失真优化技术 313
11.1.1率失真理论 313
11.1.2视频编码中的率失真优化 322
11.2H.265/HEVC编码器中的率失真优化方法 327
11.2.1视频图像组的率失真优化 328
11.2.2片层的率失真优化 331
11.2.3CTU层率失真优化 332
11.2.4CU层率失真优化 333
11.2.5PU层率失真优化 334
11.2.6编码参考模型HM中的率失真优化方法 335
参考文献 342
第12章速率控制 344
12.1视频编码速率控制 344
12.1.1速率控制的基本原理 344
12.1.2缓冲机制 347
12.1.3速率控制技术 348
12.2H.265/HEVC速率控制 355
12.2.1目标比特分配 356
12.2.2量化参数确定 359
参考文献 361
附录A术语及英文解释 365
附录B缩写 384
序言
前言
视觉是人类感知世界最重要的方式。中文说“眼见为实”，英文强调“Seeing is believing”，人们总是更乐于接受所能看到的信息，因此人类的科技一直不懈地致力于为人们提供更多、更好的用于“看”的信息。黑白电视的发明曾经带给人们巨大的震撼，很快，人们对于色彩的天然渴望，又促使彩色电视出现。进入数字时代之后，数字视频更是紧随着IT技术的浪潮，获得了非常迅速的发展。追求更高的清晰度，是数字视频技术领域从未停止的步伐。如今，各式各样的视频应用已经渗透到人类社会的各个领域，可以说，视频应用是现代人类社会运转的重要组成部分。
作为一种数据量非常巨大的信息载体，视频若想获得实际应用，必须采取高效的数据压缩和编码。自20世纪80年代以来，国际标准化组织一直在持续研究视频编码方法，并根据当时整体技术水平，制定相应的视频编码国际标准。每一次视频编码国际标准的颁布，都会从很大程度上促进视频技术的发展，催生更多的视频应用。相应地，视频应用的不断涌现也为视频编码提出了更高的要求，进而推动着视频编码标准向更高的压缩效率不断挺进。
近年来，智能移动终端的普及使得视频应用越来越多样化，涉及的视频内容丰富多样，立体视频应用也开始获得人们的关注。此外，高清晰度的显示设备越来越常见，人们对视频分辨率的要求也随之水涨船高。虽然网络和存储技术也在快速发展，但是视频数据量增长的速度更为惊人，大有“道高一尺魔高一丈”的态势。尽管现有的视频编码标准特别是H.264/AVC具有出色的压缩性能，但是已明显不能满足新型视频应用的需求。在这样的背景下，国际电信联盟ITU—T与国际标准化组织ISO/IEC再次通力合作，于2013年发布了新一代的高效视频编码标准（High Efficiency Video Coding，HEVC，H.265）。H.265/HEVC包含着最新的视频编码技术，与它的前代H.264/AVC相比，H.265/HEVC在同样的编码质量下能够节约50%左右的码率。除了出色的压缩性能，H.265/HEVC还包含特有的并行处理设计，其软硬件实现将具有更好的实用性。因此，H.265/HEVC将于短期内迅速取代H.264/AVC，在各类视频业务中获得广泛的应用。
由于H.265/HEVC采用了大量编码新技术，相关标准的语法语义解读比较困难。本书作者根据自己长期研究视频编码的经验，对本书的内容进行了模块化的编排。在给出H.265/HEVC整体编码框架和其中的关键技术之后，针对H.265/HEVC的各个编码模块分别进行详尽分析。为方便读者理解，每个模块都包含了相应的背景知识、语法语义、实现方式等。全书分为12章。第1章概述了视频编码国际标准和H.265/HEVC的发展历程，介绍了H.265/HEVC的特色技术。第2章讨论了数字视频格式和H.265/HEVC的编码视频格式。第3章详细解析了H.265/HEVC编码结构以及参数集，并介绍了H.265/HEVC的档次、层和级别。第4～8章为H.265/HEVC编码技术的分模块论述和语法语义解析，包括预测编码、变换编码、量化编码、环路后处理和熵编码。第9～12章针对H.265/HEVC的实现和应用，详细介绍了H.265/HEVC的网络适配层、并行处理技术、率失真优化和编码速率控制。
本书可作为电子信息类和广播电视类本科高年级学生和研究生的相关课程教材，也可供视频技术研究领域内的研究生、教师、工程师参考，并适合相关技术人员作为解读H.265/HEVC标准的参考。
本书的撰写受国家自然科学基金“基于感知失真度量的高效视频编码（HEVC）率失真优化研究”（批准号61371089）的支持。感谢贺竞博士、李维博士、张泰、张新在本书撰写过程中在资料收集和内容整理方面做出的辛勤工作。由于时间有限，书中的论述难免出现疏漏，恳请广大读者批评指正。作者联系邮箱：swan@nwpu.edu.cn。
| ISBN | 7121246996,9787121246999 |
|---|---|
| 出版社 | 电子工业出版社 |
| 作者 | 万帅 |
| 尺寸 | 16 |