超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)與發(fā)展趨勢分析

（吉林廣播電視臺，長春 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)帶來了新的機會和廣闊的市場，它必將成為新的經(jīng)濟增長點，從而獲得前所未有的發(fā)展。而視頻壓縮編碼技術(shù)對超高清電視的普及和發(fā)展有著極為重要的作用與地位，通過對編碼技術(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

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)模極大的四叉樹編碼結(jié)構(gòu)中的一種，通過變換、預(yù)測、編碼等單元實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的預(yù)測與分割等工作。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到64×64。當(dāng)HEVC編碼單元實際運行期間，會通過四叉樹遞歸模式針對視頻信息像素塊進行分割處理，這時大塊結(jié)構(gòu)為64×64，小塊結(jié)構(gòu)為8×8，同時還可確保所有結(jié)構(gòu)形狀為正方形[1]。對比上一代AVC/H.264編碼方式來說，在碼率減小51%～74%的情況下，卻獲得比上代壓縮技術(shù)同樣甚至超過的圖像質(zhì)量。

變換單元的主要功能就是針對編碼單元進行預(yù)測，其規(guī)模遠遠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)不對稱分割與對稱分割方法，可將結(jié)構(gòu)塊劃分為正方形或各個正四邊形。

1.2 幀內(nèi)預(yù)測編碼

幀內(nèi)預(yù)測編碼主要是在空域中進行壓縮處理，這與H.264具有較強的一致性。而為了促進幀內(nèi)壓縮質(zhì)量快速提升，HEVC編碼主要具有35種預(yù)測編碼模式，期中33個是方向性預(yù)測。它測的主要作用是確保幀內(nèi)預(yù)測精準(zhǔn)度的提升，而非方向性預(yù)測的作用就是針對紋理較為平滑區(qū)域進行預(yù)測[2]。其中也不需要對所有預(yù)測單元都進行全面預(yù)測，在實際運行期間僅需要確保非方向性預(yù)測數(shù)量保持不斷，而方向性預(yù)測數(shù)量會在預(yù)測單元規(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)測具有較大差異，但差值都擁有較強精準(zhǔn)性。

這種預(yù)測編碼模式雖然可以有效促進幀內(nèi)預(yù)測精準(zhǔn)度的提升，但各種預(yù)測模式的復(fù)雜性也有了明顯的提高。這時HEVC則會結(jié)合預(yù)測單元規(guī)模針對方向性預(yù)測數(shù)量進行科學(xué)設(shè)置，而預(yù)測復(fù)雜程度仍相對較高，這就導(dǎo)致其成為幀內(nèi)預(yù)測分析需要解決的主要問題。

1.3 環(huán)路濾波技術(shù)

首先，樣點補償濾波器。當(dāng)去塊效應(yīng)濾波處理結(jié)束時，樣點濾波補償器就結(jié)合所有像素運用特點實施科學(xué)的分類處理，接著再進行針對性補償處理。其中補償處理模式主要可分為兩種，即邊緣補償與帶狀補償。通常情況下，帶狀補償就是將相應(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度間隔有著較強相似性。同時帶狀補償時以0至最大值這一范圍為基礎(chǔ)，將強度間隔劃分為32個，各間隔之間都存在相應(yīng)的補償數(shù)值。另外，間隔還科學(xué)分為兩組，并運用一組間隔進行編碼傳輸處理，以此實現(xiàn)比特數(shù)的節(jié)約。邊緣補償則是針對當(dāng)前像素與相鄰像素進行科學(xué)分析與比較，接著再識別與分類當(dāng)前像素，這就可在解碼期間利用識別方法實現(xiàn)對應(yīng)補償處理。

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程中，通常會以像素狀態(tài)為基礎(chǔ)，明確塊中的色度分量與亮度分量應(yīng)怎樣進行使用。在進行色度分量期間，環(huán)路濾波器屬于點對稱的二維FIR濾波器，但在色度分量期間，則屬于5×5的對稱矩形二維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)域為基礎(chǔ)的濾波器。其中像素濾波器可根據(jù)實際需求將圖像劃分為16組，并確保各組都使用相應(yīng)濾波器進行處理。而區(qū)域濾波器則是將圖像劃分為16塊，同時將各塊與最大塊編碼單元進行對齊處理，接著使用濾波器針對各塊進行科學(xué)處理。

2 超高清數(shù)字電視視頻壓縮編碼技術(shù)優(yōu)勢

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：首先，HEVC編碼的最大優(yōu)勢就是更高的壓縮率，直接的好處就是降低了視頻信號的存儲和傳輸?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；最后是更高的畫質(zhì)提升，通過“Deblockingfilter”功能在運動偵測區(qū)塊重建時，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

超高清數(shù)字電視是為來電視發(fā)展的必然方向，人們對畫面質(zhì)量的追求永無止境，對完美再現(xiàn)自然景物的努力不會停息。4k→8k→16k→……它將會在我們生活領(lǐng)域各個方面中得以應(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)，這也必將促進超高清數(shù)字電視全面發(fā)展與使用。

4 結(jié)束語

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，對超高清電視的普及和發(fā)展做出了巨大貢獻，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)的先進性，為我國廣播電視行業(yè)快速持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。