HEVC編碼流程解讀

此圖為HEVC的編碼架構圖，接下來我將針對這幅圖，寫下自己對HEVC的編碼流程的理解。（錯誤多多，處於菜鳥階段，望看見這篇文章的同行能給點意見，本人將不勝感激）

在圖中可以看到有多個清晰的互相聯絡的模組。編碼控制，變換量化，幀間預測（運動估計，運動補償），幀內預測，濾波控制分析，環路濾波（去塊濾波，採樣點自適應位移濾波），熵編碼。這些編碼模組都是互相聯絡的，一個模組會影響著另一個模組。

（1）視頻序列輸入編碼器，被分為多個DOP(映像組)，在映像層有三種編碼結構，即幀內編碼，低延時編碼和隨機訪問編碼。這三種編碼結構定義了後面的編碼方式。

（2）再對每一幀映像進行分割成互不疊加的編碼樹單元，這些編碼樹單元還可以繼續分解為編碼單元，編碼單元繼續可以分解為預測單元和變換單元。

（3）一個視頻序列的第一幀（或者是一個視頻序列的每個空白隨機存取點（CRA, clean random access point）的第一幀）只採用幀內預測（即只運用同一幀映像相鄰地區間的空域資訊進行預測，但該幀並不與其他幀相互獨立）。視頻序列的其他幀或者兩個CRA之間的其他幀，大多採用時域幀間預測方式預測進行塊預測。幀間預測的編碼過程由動作資料組成，這些動作資料包含用於每個塊採樣點預測的參考幀和運動向量（MV, motion vector）。編碼器和解碼器運用作為邊資訊傳輸的MV和模式選擇資料群組成的運動補償（MC, motion compensation）來產生同一的幀間預測訊號。

（4）根據GOP層所選擇的編碼結構，對GOP內每一幀規定了為I,P,B幀，若序列為I B B P P P,則對輸入的GOP內的第一幀進行幀內預測，P B幀進行幀間預測。預測資料與原始視訊框架進行相減，得到預測殘差輸入變換量化模組。預測殘差在進行變化量化後一路資料被傳輸到熵編碼器，進行熵編碼形成二進位碼流。另一路進行反變換，再和預測資料相加進行去塊濾波器和SAO濾波器，形成重建參考幀用於幀間預測參考幀。

各模組的作用：

（1）變換量化：映像經過幀內預測和真間預測後，與原始視訊框架進行相減形成預測殘差。對預測殘差資訊再進行壓縮可以有效進一步降低傳輸碼率，HEVC中使用變換編碼和量化技術來進行這一過程，這可以去除映像訊號的相關性病減少映像編碼的動態範圍。

  變換編碼，將映像的時域訊號變換為頻域的訊號，在頻域中訊號的能量集中在低頻地區。

  量化過程，在不降低視覺效果的前提下，保留映像的細節，確定量化參數，減少映像的編碼長度。

（2）環路濾波：包括去塊濾波，採樣點自適應位移濾波。

GOP含義：映像組（GROUP OF PICTURE），表示將編碼的視頻序列分成一組一組的有序的幀的集合進行編碼。每個GOP一定是以I幀開始的，但是卻不一定指代的是兩個I幀之間的距離。因為一個GOP內可能包含幾個I幀，只有第一個I幀（也就是第一幀）才是主要畫面格。在程式cfg中，GOP的長度和兩個I幀的距離也是兩個不同參數指定的（如IntraPeriod和GOP Size或者類似的參數）。所以，兩個I幀的間距不可能大於GOP的長度，一般情況是更小的。

編碼結構和配置：為適應不同場合的使用，HEVC設立了GOP的三種編碼結構，即幀內編碼，低延遲編碼和隨機訪問編碼。

（1）幀內編碼：每一幀映像都是按照幀內方式進行空域預測性編碼，不適用時間參考幀。

（2）低延時編碼：只有第一幀映像按照幀內方式進行編碼，並成為IDR幀，隨後的各幀都作為一般的P幀和B幀進行編碼

（3）隨機訪問編碼：（random access）編碼結構主要有分批B幀構成，周期性的插入隨機訪問幀（clean random access）。後面CRA幀將成為編碼視頻流中的隨機訪問點（隨機訪問點：指這些幀的解碼可以獨立的進行，不需要參考位元流中前面已經解碼的映像幀）。