關(guān)于超高清的數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)有效運用分析

屠興漢

摘 要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了超高清數(shù)字電視的發(fā)展，同時，超高清數(shù)字電視也是近年來的研究熱點之一，而超高清數(shù)字電視的視頻壓縮編碼技術(shù)更成為超高清數(shù)字電視領(lǐng)域一直攻克和研發(fā)的重點問題。傳統(tǒng)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不再適應(yīng)超高清電視視頻的壓縮比要求，必須研發(fā)和超高清電視機分辨率相匹配的大容量信號數(shù)據(jù)裝置。本文在簡單介紹超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上分析該技術(shù)的有效運用。

關(guān)鍵詞：超高清電視；視頻壓縮編碼技術(shù)；運用

1.前言

電視傳媒技術(shù)從生產(chǎn)發(fā)展至今，經(jīng)歷了從標(biāo)清電視機到超高清電視機的發(fā)展歷程。特別是進(jìn)入21世紀(jì)之后，超高清電視機已經(jīng)成為市場主流，更成為消費群體廣受歡迎的對象。然而歐美等西方國家早在20世紀(jì)初已經(jīng)開始致力于研發(fā)超高清電視機，并取得了相關(guān)進(jìn)展，中國直到21世紀(jì)初才開始研發(fā)，無論是進(jìn)度還是技術(shù)上都比歐美西方國家落后。特別是在視頻壓縮編碼技術(shù)這一模塊上，歐美西方國家已經(jīng)研發(fā)出了和超高清數(shù)字電視機分辨率相匹配的大容量信號數(shù)據(jù)裝置，而我國尚處于摸索研發(fā)階段。超高清數(shù)字電視和以往的標(biāo)清數(shù)字電視相比，前者畫面更清晰和逼真，讓人如身臨其境之感。以下筆者簡單介紹超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)及其在高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼中的運用。

2.超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)

對超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)進(jìn)行研究，是因為傳統(tǒng)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足當(dāng)下數(shù)據(jù)寬帶傳輸需求，為了給人們提供畫面清晰和色彩逼真的視頻畫面，必須研發(fā)出和數(shù)據(jù)寬帶傳輸需求相匹配的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。例如超高清數(shù)字電視的圖像模式為8K，經(jīng)過計算，超高清數(shù)字電視需要的數(shù)據(jù)率就要達(dá)到每秒11Gbit，而采用傳統(tǒng)的H.264視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)來對8K的圖像進(jìn)行壓縮，雖然能達(dá)到圖片處理要求，但需要相匹配的較高的寬帶傳輸速度。為了研發(fā)一種既能達(dá)到圖片處理要求，又能和數(shù)據(jù)寬帶傳輸速度相匹配的視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)，世界各地一直在致力研發(fā)，并取得了的相應(yīng)的成果。通過研發(fā)新型的匹配數(shù)據(jù)寬帶傳輸需求的大尺寸編碼結(jié)構(gòu)，可以保證編碼壓縮效果，實現(xiàn)超高清數(shù)字電視的清晰逼真畫面。

HEVC編碼技術(shù)是在傳統(tǒng)H.264/AVC技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型視頻編碼技術(shù)，將它使用在超高清數(shù)字電視視頻壓縮中，不僅能達(dá)到視頻圖像壓縮效果，更能實現(xiàn)超高清的畫面，和傳統(tǒng)的編碼技術(shù)相比，壓縮比提高了一倍。HEVC編碼技術(shù)依然采用傳統(tǒng)的H.264編碼框架，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻有變動，HEVC編碼技術(shù)的H.264編碼框架劃分了單元，其編碼單元、預(yù)測單元以及變換單元相互獨立，各自自行完成獨立的編碼、預(yù)測變換功能。高清數(shù)字電視研發(fā)領(lǐng)域看中了HEVC編碼技術(shù)的優(yōu)點，目前，它已經(jīng)成為高清數(shù)字電視壓縮編碼的新寵兒。

3.HEVC編碼技術(shù)在超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼中的運用

3.1HEVC編碼結(jié)構(gòu)

HEVC編碼結(jié)構(gòu)雖然依然適用傳統(tǒng)H.264編碼框架，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加的靈活和豐富。HEVC編碼技術(shù)提出了新型的超大尺寸編碼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部利用CU、PU、TU等三種方式來分隔、預(yù)測、編碼，以保證圖像的高分辨率和真分辨率。此外，HEVC編碼技術(shù)采用塊結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)H.264編碼要大，最大的編碼單元像素可達(dá)到642，而最小編碼單元像素可達(dá)到82。

3.2HEVC幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)

除了上述提及的HEVC壓縮編碼技術(shù)，目前HEVC幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)也被使用在高清電視視頻編碼中，同樣的，該項技術(shù)也是發(fā)展于傳統(tǒng)H.264編碼技術(shù)基礎(chǔ)上，它主要用于提高超高清電視視頻幀內(nèi)壓縮率。HEVC幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)的預(yù)測單元內(nèi)，PU的分布從642到42，針對不同的PU，該項技術(shù)提供了不同的預(yù)測方法。

3.3HEVC環(huán)路濾波技術(shù)

為了使超高清數(shù)字電視能實現(xiàn)更加的濾波效果，在HEVC中常需要使用濾波器，目前常用的濾波器有去塊效應(yīng)濾波器、自適應(yīng)點補償濾波器和自適應(yīng)環(huán)路濾波器。前者技術(shù)原理和傳統(tǒng)H.264編碼技術(shù)使用的濾波技術(shù)類似，而后兩者是當(dāng)前HEVC編碼技術(shù)新采用的濾波技術(shù)。以下對三者進(jìn)行介紹。

（1）去塊效應(yīng)濾波器能對超高清數(shù)字電視出現(xiàn)的塊狀濾波邊緣進(jìn)行濾波。

（2）自適應(yīng)點補償濾波器在完成去塊效應(yīng)濾波器的功能基礎(chǔ)上，對不同像素畫面進(jìn)行補償，包括帶狀補償和邊緣補償兩種，以實現(xiàn)超高清數(shù)字電視的超高清畫面。

（3）自適應(yīng)環(huán)路濾波器是發(fā)明是為了重建超高清數(shù)字電視的失真畫面，該濾波器通過相關(guān)技術(shù)，可以對超高清數(shù)字電視出現(xiàn)的失真、模糊畫面進(jìn)行濾波，對過亮或色彩過度的畫面進(jìn)行平衡修復(fù)，以實現(xiàn)超高清數(shù)字電視的高清畫面。

4.結(jié)語

總之，HEVC編碼技術(shù)已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)中的H.264編碼技術(shù)，將它使用在超高清數(shù)字電視的視頻壓縮編碼中，不僅能達(dá)到圖片壓縮處理要求，更能滿足數(shù)據(jù)寬帶傳輸需求，實現(xiàn)超高清數(shù)字電視的超高清畫面。

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