高文老师《数字视频编码技术原理》第7~10章:视频编码标准演变

1、H.261到H.263及MPEG-1到MPEG-4

H.261:使用预测变换编码混合框架,存在I帧P帧。
H.263:多参考帧单向预测,DBF,MV像素精度1/2。
MPEG-1:使用预测变换编码混合框架,提出帧间B帧双向预测,自适应量化,只支持逐行扫描。
MPEG-2:支持隔行扫描,MV像素精度1/2。
MPEG-4:MV像素精度1/4,增加大量容错工具。

2、H.264/AVC到H.265/HEVC再到H.266/VVC

与之前的标准相比,一个整体的改变是,有了视频编码层(VCL)和网络提取层(NAL)。

2.1 划分方式

H.264/AVC:宏块划分(16x16)。
H.265/HEVC:CTU单元(64x64),可四叉树划分继续分为CU,PU,TU。
H.266/VVC:CTU单元(128x128),可二叉树、三叉树、四叉树继续划分为CU。

2.2 帧内预测

H.264/AVC:亮度可以基于16x16块4种预测模式,基于4x4和8x8块9种预测模式;色度基于8x8块4种预测模式。
H.265/HEVC:参考像素滤波;亮度35种模式,编码增加3MPM列表;色度5种模式;
H.266/VVC:参考像素滤波;亮度67种模式+宽角度模式+MIP模式,编码增加6MPM列表+MPM时考虑多参考行;色度8种模式;ISP;PDPC。

2.2 帧间预测

H.264/AVC :4种划分方式;使用多个参考帧,编码参考索引;像素精度1/4。
H.265/HEVC:8种划分方式;inter模式变为AMVR预测;5列表merge模式;像素精度在亮度上是1/4,色度上是1/8。
H.266/VVC:更高精度的AMVR,affine;SMVD;完善的6列表merge模式,MMVD,CIIP,TPM,sbTMVP;BCW双向加权预测;BDOF和PROF光流算法;DMVR。

2.3 变换量化

H.264/AVC:4x4和8x8整数DCT变换。
H.265/HEVC:只有32x32一个DCT整数变换矩阵;对4x4亮度块使用DST变换;最大QP51。
H.266/VVC:增加4种多核变换(DST7和DCT8);帧内LFNST变换;帧间SBT变换;高频调零技术;最大QP63;色度联合残差。

2.4 熵编码

H.264/AVC:使用CAVLC游程编码残差,使用CABAC二值化语法元素等内容。
H.265/HEVC:CABAC进行编码,变换系数使用三种扫描方式;增加残差编码单元CG。
H.266/VVC:CABAC进行编码,存在编码引擎;CG去除与TU的依赖性。

2.5 环路滤波

H.264/AVC:DBF。
H.265/HEVC:DBF+SAO。
H.266/VVC:自适应环路整形器+DBF+SAO+ALF。

3、AVS到AVS2

3.1 划分方式

AVS:宏块(16x16),帧内分成8x8的块进行预测,帧间4种划分方式。
AVS2:LCU(64x64),帧内四叉树划分成CU、TU,引入SDIP划分方式;帧间8种划分方式。

3.2 帧内预测

AVS:亮度基于8x8的预测5种模式(DC、水平、垂直、对角、反对角)。
AVS2:亮度36种预测模式(33个方向+DC+PLANE+BILINEAR),有MPM列表;色度5种预测模式。

3.3 帧间预测

AVS:参考帧数量限制为2,最小帧间块限制为8x8,1/4像素精度,B帧对称编码模式。
AVS2:3个MVP候选对比得到最终MVP;引入双假设技术F帧;自适应精度调整(PMVR)技术。

3.4 变换量化

AVS:8x8整数变换
AVS2:多种尺寸整数变换;小波变换后进行DCT变换;基于四叉树的非方形变换;帧内二次变换。

3.5 熵编码

AVS:基于上下文的二维变长编码V2DVLC + CBAC(类似H.264/AVC)。
AVS2:使用CBAC;以CG为单位编码。

3.6 环路滤波

AVS:DBF。
AVS2:DBF+SAO+样本补偿滤波。

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