超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)分析

（吉林廣播電視臺(tái)，長(zhǎng)春 130021）

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展作用下，電視技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為超高清電視。隨著超高清數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，人們的生活與工作都發(fā)生了極大的改變，也為信息產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)和廣闊的市場(chǎng)，它必將成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，從而獲得前所未有的發(fā)展。而視頻壓縮編碼技術(shù)對(duì)超高清電視的普及和發(fā)展有著極為重要的作用與地位，通過(guò)對(duì)編碼技術(shù)的深入探索與分析，超高清電視技術(shù)面臨的難題終將逐漸破解。

1 超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)要點(diǎn)

1.1 HEVC/h.265編碼結(jié)構(gòu)

通常情況下，HEVC編碼結(jié)構(gòu)屬于規(guī)模極大的四叉樹(shù)編碼結(jié)構(gòu)中的一種，通過(guò)變換、預(yù)測(cè)、編碼等單元實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)與分割等工作。其主要特征就是使用的結(jié)構(gòu)極大，其中編碼單元最大像素甚至可達(dá)到64×64。當(dāng)HEVC編碼單元實(shí)際運(yùn)行期間，會(huì)通過(guò)四叉樹(shù)遞歸模式針對(duì)視頻信息像素塊進(jìn)行分割處理，這時(shí)大塊結(jié)構(gòu)為64×64，小塊結(jié)構(gòu)為8×8，同時(shí)還可確保所有結(jié)構(gòu)形狀為正方形[1]。對(duì)比上一代AVC/H.264編碼方式來(lái)說(shuō)，在碼率減小51%～74%的情況下，卻獲得比上代壓縮技術(shù)同樣甚至超過(guò)的圖像質(zhì)量。

變換單元的主要功能就是針對(duì)編碼單元進(jìn)行預(yù)測(cè)，其規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所有編碼單元規(guī)模，而單元形狀可為正四邊形。根據(jù)不對(duì)稱(chēng)分割與對(duì)稱(chēng)分割方法，可將結(jié)構(gòu)塊劃分為正方形或各個(gè)正四邊形。

1.2 幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼

幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼主要是在空域中進(jìn)行壓縮處理，這與H.264具有較強(qiáng)的一致性。而為了促進(jìn)幀內(nèi)壓縮質(zhì)量快速提升，HEVC編碼主要具有35種預(yù)測(cè)編碼模式，期中33個(gè)是方向性預(yù)測(cè)。它測(cè)的主要作用是確保幀內(nèi)預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度的提升，而非方向性預(yù)測(cè)的作用就是針對(duì)紋理較為平滑區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)[2]。其中也不需要對(duì)所有預(yù)測(cè)單元都進(jìn)行全面預(yù)測(cè)，在實(shí)際運(yùn)行期間僅需要確保非方向性預(yù)測(cè)數(shù)量保持不斷，而方向性預(yù)測(cè)數(shù)量會(huì)在預(yù)測(cè)單元規(guī)模作用下不斷發(fā)生改變，其中最大可為64×64，最小則為4×4，雖然方向性預(yù)測(cè)具有較大差異，但差值都擁有較強(qiáng)精準(zhǔn)性。

這種預(yù)測(cè)編碼模式雖然可以有效促進(jìn)幀內(nèi)預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度的提升，但各種預(yù)測(cè)模式的復(fù)雜性也有了明顯的提高。這時(shí)HEVC則會(huì)結(jié)合預(yù)測(cè)單元規(guī)模針對(duì)方向性預(yù)測(cè)數(shù)量進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，而預(yù)測(cè)復(fù)雜程度仍相對(duì)較高，這就導(dǎo)致其成為幀內(nèi)預(yù)測(cè)分析需要解決的主要問(wèn)題。

1.3 環(huán)路濾波技術(shù)

首先，樣點(diǎn)補(bǔ)償濾波器。當(dāng)去塊效應(yīng)濾波處理結(jié)束時(shí)，樣點(diǎn)濾波補(bǔ)償器就結(jié)合所有像素運(yùn)用特點(diǎn)實(shí)施科學(xué)的分類(lèi)處理，接著再進(jìn)行針對(duì)性補(bǔ)償處理。其中補(bǔ)償處理模式主要可分為兩種，即邊緣補(bǔ)償與帶狀補(bǔ)償。通常情況下，帶狀補(bǔ)償就是將相應(yīng)區(qū)域中的各種像素劃分為各種條帶，而各條帶中具有的像素強(qiáng)度間隔有著較強(qiáng)相似性。同時(shí)帶狀補(bǔ)償時(shí)以0至最大值這一范圍為基礎(chǔ)，將強(qiáng)度間隔劃分為32個(gè)，各間隔之間都存在相應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)值。另外，間隔還科學(xué)分為兩組，并運(yùn)用一組間隔進(jìn)行編碼傳輸處理，以此實(shí)現(xiàn)比特?cái)?shù)的節(jié)約。邊緣補(bǔ)償則是針對(duì)當(dāng)前像素與相鄰像素進(jìn)行科學(xué)分析與比較，接著再識(shí)別與分類(lèi)當(dāng)前像素，這就可在解碼期間利用識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)補(bǔ)償處理。

其次，環(huán)路濾波器。環(huán)路濾破器在降低編碼圖像解碼噪音過(guò)程中，通常會(huì)以像素狀態(tài)為基礎(chǔ)，明確塊中的色度分量與亮度分量應(yīng)怎樣進(jìn)行使用。在進(jìn)行色度分量期間，環(huán)路濾波器屬于點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的二維FIR濾波器，但在色度分量期間，則屬于5×5的對(duì)稱(chēng)矩形二維FIR濾波器。另外，HEVC主要將環(huán)路濾波器分為兩種形態(tài)，也就是以像素為基礎(chǔ)的濾波器和以區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的濾波器。其中像素濾波器可根據(jù)實(shí)際需求將圖像劃分為16組，并確保各組都使用相應(yīng)濾波器進(jìn)行處理。而區(qū)域?yàn)V波器則是將圖像劃分為16塊，同時(shí)將各塊與最大塊編碼單元進(jìn)行對(duì)齊處理，接著使用濾波器針對(duì)各塊進(jìn)行科學(xué)處理。

2 超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)主要具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，HEVC編碼的最大優(yōu)勢(shì)就是更高的壓縮率，直接的好處就是降低了視頻信號(hào)的存儲(chǔ)和傳輸?shù)某杀荆黄浯问歉偷臄?shù)據(jù)碼率，在同等圖像質(zhì)量前提下，數(shù)據(jù)量只有MPEG2的1/16，MPEG4的1/6，H.264的1/2；最后是更高的畫(huà)質(zhì)提升，通過(guò)“Deblockingfilter”功能在運(yùn)動(dòng)偵測(cè)區(qū)塊重建時(shí)，盡量將邊緣區(qū)域平滑化，從而提升了整體圖像質(zhì)量。

3 超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

超高清數(shù)字電視是為來(lái)電視發(fā)展的必然方向，人們對(duì)畫(huà)面質(zhì)量的追求永無(wú)止境，對(duì)完美再現(xiàn)自然景物的努力不會(huì)停息。4k→8k→16k→……它將會(huì)在我們生活領(lǐng)域各個(gè)方面中得以應(yīng)用。在通信技術(shù)與科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新作用下，通過(guò)日益提高的編解碼技術(shù)和傳輸帶寬的不斷提升，為超高清數(shù)字電視技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用和推廣創(chuàng)建有力條件。如：隨著5G和IP技術(shù)的發(fā)展與實(shí)現(xiàn)，超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)得到了完美的展現(xiàn)，這也必將促進(jìn)超高清數(shù)字電視全面發(fā)展與使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近些年HEVC視頻編碼技術(shù)得到了快速發(fā)展和完善，對(duì)超高清電視的普及和發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，并在較多行業(yè)中有著極為廣泛的使用。為了更好的拓展超高清電視的應(yīng)用范圍，就需要不斷推陳出新，完善編碼技術(shù)的先進(jìn)性，為我國(guó)廣播電視行業(yè)快速持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。