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新一代通用視頻編碼H.266/VVC:原理、標準與實現
( 簡體 字)
作者:萬帥 等類別:1. -> 教材 -> 數位影像處理
出版社:電子工業出版社新一代通用視頻編碼H.266/VVC:原理、標準與實現 3dWoo書號: 55958
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NT售價: 645
出版日:7/1/2022
頁數:392
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ISBN:9787121439278 加入購物車加到我的最愛 (請先登入會員)
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第1章 緒論 1
1.1 視頻壓縮與編碼概述 1
1.1.1 視頻 1
1.1.2 視頻壓縮與編碼 2
1.2 視頻編碼標準 4
1.2.1 什么是視頻編碼標準 4
1.2.2 視頻編碼標準的發展 5
1.3 H.266/VVC簡介 13
1.3.1 標準化歷程 13
1.3.2 編碼框架及編碼工具 14
參考文獻 16
第2章 數字視頻格式 19
2.1 數字視頻 19
2.1.1 色彩 20
2.1.2 亮度動態范圍 23
2.1.3 量化深度 25
2.1.4 空間分辨率 25
2.1.5 時間分辨率 26
2.1.6 全景視頻 27
2.2 數字視頻格式 28
2.2.1 色度亞采樣 28
2.2.2 數字視頻格式的規范標準 29
2.3 H.266/VVC編碼視頻格式 35
2.3.1 編碼圖像格式 35
2.3.2 解碼圖像格式 37
參考文獻 43?
第3章 編碼結構 44
3.1 編碼結構概述 44
3.2 多層視頻及參數集 46
3.2.1 多層視頻編碼結構 46
3.2.2 視頻參數集 48
3.3 視頻序列及參數集 51
3.3.1 編碼視頻序列 51
3.3.2 圖像類型 52
3.3.3 序列參數集 53
3.4 圖像及參數集 61
3.4.1 圖像參數集 62
3.4.2 圖像頭 65
3.5 SLICE 69
3.6 TILE 71
3.6.1 Tile劃分 72
3.6.2 Slice與Tile 72
3.7 子圖像 73
3.8 樹形編碼單元 74
3.8.1 CU劃分 75
3.8.2 圖像邊界上的CU劃分 77
3.8.3 CU的相關語法元素 77
3.9 檔次、層和級別 79
3.9.1 檔次 80
3.9.2 層和級別 80
參考文獻 81
第4章 幀內預測編碼 82
4.1 視頻預測編碼技術 82
4.1.1 預測編碼技術 82
4.1.2 幀內預測編碼技術 84
4.1.3 H.266/VVC幀內預測編碼概述 86
4.2 參考像素值獲取 89
4.2.1 參考像素范圍 89
4.2.2 參考像素濾波 91
4.3 預測值計算 92
4.3.1 傳統預測模式 92
4.3.2 寬角度預測模式 96
4.3.3 基于矩陣的預測模式 97
4.4 預測值修正 100
4.5 幀內子區域劃分 102
4.6 分量間線性模型預測 103
4.6.1 亮度分量下采樣 103
4.6.2 線性模型參數 104
4.6.3 色度預測值 105
4.6.4 相關語法元素介紹 106
4.7 幀內預測模式編碼 106
4.7.1 亮度預測模式編碼 106
4.7.2 色度預測模式編碼 109
參考文獻 110
第5章 幀間預測編碼 112
5.1 幀間預測編碼概述 112
5.1.1 幀間預測編碼原理 112
5.1.2 幀間預測編碼關鍵技術 115
5.1.3 H.266/VVC幀間預測編碼概述 121
5.2 亞像素插值 123
5.2.1 插值濾波器選擇 123
5.2.2 亞像素插值方法 125
5.3 MERGE模式 126
5.3.1 常規Merge模式 126
5.3.2 Skip模式 130
5.3.3 帶有運動矢量差的Merge模式 131
5.3.4 聯合幀內幀間預測模式 133
5.4 幾何劃分預測模式 134
5.4.1 基本原理 134
5.4.2 標準實現 136
5.4.3 相關語法元素 141
5.5 高級運動矢量預測技術 141
5.5.1 常規AMVP模式 141
5.5.2 對稱運動矢量差分編碼技術 143
5.5.3 自適應運動矢量精度 144
5.6 基于子塊的幀間預測模式 146
5.6.1 基于子塊的時域MV預測技術 146
5.6.2 基于子塊的仿射運動補償 148
5.6.3 仿射Merge模式 149
5.6.4 仿射AMVP模式 153
5.7 解碼端運動矢量細化 155
5.8 基于光流場的預測值修正 158
5.8.1 基于光流的預測值修正 158
5.8.2 雙向光流預測值修正 159
5.8.3 基于光流的仿射預測修正 163
5.9 幀間加權預測 165
5.9.1 Slice級加權預測 166
5.9.2 CU級雙向加權預測(BCW) 168
5.10 幀間預測模式組織結構 169
參考文獻 171
第6章 變換編碼 173
6.1 變換概述 173
6.1.1 離散余弦變換 174
6.1.2 整數離散余弦變換 176
6.1.3 離散正弦變換 179
6.1.4 整數離散正弦變換 180
6.1.5 H.266/VVC中的變換 182
6.2 主變換 182
6.2.1 主變換的基本原理 183
6.2.2 主變換的標準實現 185
6.3 二次變換 190
6.3.1 二次變換的基本原理 190
6.3.2 二次變換的標準實現 193
6.4 哈達瑪變換 195
6.4.1 哈達瑪變換的原理及特點 195
6.4.2 哈達瑪變換的應用 196
參考文獻 197
第7章 量化 199
7.1 標量量化 199
7.1.1 基本原理 199
7.1.2 均勻標量量化 200
7.1.3 Lloyd-Max量化器 202
7.1.4 熵編碼量化器 203
7.2 矢量量化 204
7.2.1 基本原理 204
7.2.2 網格編碼量化 205
7.3 H.266/VVC量化 206
7.3.1 H.266/VVC標量量化 207
7.3.2 率失真優化量化 209
7.3.3 依賴量化 210
7.3.4 量化參數 213
7.3.5 量化矩陣 215
參考文獻 217
第8章 熵編碼 219
8.1 熵編碼基本原理 219
8.1.1 熵 219
8.1.2 變長編碼 221
8.1.3 指數哥倫布編碼 222
8.1.4 算術編碼 224
8.2 零階指數哥倫布編碼 226
8.2.1 零階指數哥倫布編碼簡介 226
8.2.2 H.266/VVC中的零階指數哥倫布編碼 227
8.3 CABAC 232
8.3.1 CABAC的原理 232
8.3.2 H.266/VVC中的CABAC 236
8.4 變換系數熵編碼 239
8.4.1 變換系數掃描 239
8.4.2 最后一個非零系數位置信息編碼 240
8.4.3 非零系數幅值信息編碼 242
8.4.4 變換跳過殘差熵編碼 246
8.4.5 相關語法元素 247
參考文獻 247
第9章 環路濾波 249
9.1 亮度映射與色度縮放 250
9.1.1 LMCS技術 251
9.1.2 LMCS的實現 252
9.1.3 LMCS的相關語法元素 254
9.2 去方塊濾波 256
9.2.1 濾波決策 257
9.2.2 濾波操作 264
9.2.3 DBF的相關語法元素 267
9.3 樣點自適應補償 267
9.3.1 SAO技術 268
9.3.2 SAO的實現 270
9.3.3 SAO的相關語法元素 275
9.4 自適應環路濾波 277
9.4.1 維納濾波 277
9.4.2 ALF技術 278
9.4.3 亮度ALF 280
9.4.4 色度ALF 284
9.4.5 分量間ALF 284
9.4.6 ALF的相關語法元素 286
參考文獻 288
第10章 面向多樣化視頻的編碼工具 290
10.1 全景視頻編碼 290
10.1.1 水平環繞運動補償 290
10.1.2 虛擬邊界取消環路濾波 292
10.2 屏幕內容視頻編碼 293
10.2.1 幀內塊復制 293
10.2.2 變換跳過模式的殘差編碼 296
10.2.3 塊差分脈沖編碼調制 297
10.2.4 調色板模式 298
10.2.5 自適應色度變換 301
參考文獻 303
第11章 網絡適配層 304
11.1 分層結構 304
11.2 網絡適配層單元 306
11.2.1 NALU頭 307
11.2.2 NALU載荷 309
11.3 視頻比特流中的NALU 311
11.4 網絡適配層單元的應用 313
11.4.1 字節流應用 313
11.4.2 分組流應用 314
參考文獻 318
第12章 率失真優化 319
12.1 率失真優化技術 319
12.1.1 率失真理論 319
12.1.2 視頻編碼中的率失真優化 326
12.2 H.266/VVC中的率失真優化 330
12.2.1 視頻圖像組的率失真優化 330
12.2.2 片層的率失真優化 333
12.2.3 CTU層的率失真優化 334
12.2.4 CU層的率失真優化 334
12.3 VTM中的率失真優化方法 335
12.3.1 CTU編碼優化 335
12.3.2 CU劃分模式判別 336
12.3.3 幀內預測模式判別 340
12.3.4 幀間預測模式判別 341
參考文獻 345
第13章 速率控制 347
13.1 視頻編碼速率控制 347
13.1.1 速率控制的基本原理 347
13.1.2 緩沖機制 349
13.1.3 速率控制技術 350
13.2 H.266/VVC速率控制 356
13.2.1 目標比特分配 356
13.2.2 量化參數確定 358
參考文獻 361
附錄A 術語及英文解釋 363
附錄B 專業名詞縮寫 376
本書系統全面地介紹了新一代的通用視頻編碼標準H.266/VVC,講解了相關編碼原理和實現方法,并對相應標準語法語義進行了模塊化的解讀。全書共13 章。第1 章概述了視頻編碼國際標準和H.266/VVC的發展歷程,介紹了H.266/VVC 的特色技術。第2 章討論了數字視頻格式和H.266/VVC 編碼視頻格式。第3 章詳細解析了H.266/VVC 編碼結構及參數集,并介紹了H.266/VVC 的檔次、層和級別。第4~10 章為H.266/VVC 編碼技術的分模塊論述和語法語義解析,包括幀內預測編碼、幀間預測編碼、變換編碼、量化、熵編碼、環路濾波和面向多樣化視頻的編碼工具。第11~13 章針對H.266/VVC 的實現和應用,詳細介紹了H.266/VVC 的網絡適配層、率失真優化和速率控制。 本書可作為電子信息類和廣播電視類本科高年級學生和研究生的相關課程教材,也可供視頻技術研究領域的研究生、教師、工程師參考,并且適合相關技術人員作為解讀H.266/VVC 標準的參考用書。

人類主要通過視覺感知世界,人們對于“看見”有著天然的渴望。如今,各式各樣的視頻應用已經滲透到人類社會的方方面面,毫不夸張地說,數字視頻是現代人類社會的重要組成部分。作為一種數據量非常巨大的信息載體,視頻獲得實際應用的根本條件和前提,是對視頻進行有效的壓縮編碼。自20世紀80年代以來,國際標準化組織一直在持續研究視頻編解碼方法,并根據當時的整體技術水平,制定視頻編碼國際標準,以適應不斷涌現的新需求。
近年來,視頻應用的多樣化特點越來越突出。從移動短視頻、網絡直播到高清、超高清電視,從共享屏幕視頻到沉浸式視頻體驗……視頻的種類繁多、特色各異,數據量與日俱增。視頻應用的多樣化和數據量的爆發式增長為視頻編碼帶來了新的挑戰。在這樣的背景下,國際電信聯盟電信標準化部門(ITU-T)與國際標準化組織/國際電工委員會(ISO/IEC)再次通力合作,于2020年發布了新一代的通用視頻編碼標準H.266/VVC(Versatile Video Coding)。H.266/VVC包含大量視頻編碼新技術,與它的前代標準H.265/HEVC相比,H.266/VVC在相同重建視頻質量下能夠節約50%左右的碼率。除了出色的壓縮性能,H.266/VVC還包含針對全景視頻、屏幕視頻特有的編碼工具,有望在各類視頻業務中獲得廣泛的應用。
H.266/VVC的出色性能來源于復雜而精妙的編碼新技術,相關標準的語法語義理解起來比較困難。作者針對H.265/HEVC標準著有《新一代高效視頻編碼H.265/HEVC:原理、標準與實現》一書,獲得了讀者的廣泛好評。本書沿襲了前書的基本思路,從原理出發,對H.266/VVC視頻編碼標準進行分模塊解讀。在給出H.266/VVC整體編碼框架及其中的關鍵技術之后,針對H.266/VVC的各個編碼模塊分別進行詳盡分析。為方便讀者理解,每個編碼模塊都包含了相應的背景知識、語法語義、實現方式等。此外,本書的作者深入參與了H.266/VVC標準的制定,并有多項編碼技術被該標準采納。在撰寫本書的過程中,作者根據自身對標準的理解,對重點、難點進行了仔細剖析。
全書共13章。第1章概述了視頻編碼國際標準和H.266/VVC的發展歷程,介紹了H.266/VVC的特色技術。第2章討論了數字視頻格式和H.266/VVC編碼視頻格式。第3章詳細解析了H.266/VVC編碼結構及參數集,并介紹了H.266/VVC的檔次、層和級別。第4~10章為H.266/VVC編碼技術的分模塊論述和語法語義解析,包括幀內預測編碼、幀間預測編碼、變換編碼、量化、熵編碼、環路濾波和面向多樣化視頻的編碼工具。第11~13章針對H.266/VVC的實現和應用,詳細介紹了H.266/VVC的網絡適配層、率失真優化和速率控制。
本書的撰寫獲得了業內同行專家的大力支持,在此特別感謝AVS視頻組聯合組長鄭蕭楨博士為本書友情撰寫AVS系列標準的相關內容;特別感謝丁丹丹博士為本書友情撰寫開放媒體聯盟AOM系列標準的相關內容;特別感謝華為技術有限公司楊海濤博士(H.266/VVC標準“幀間預測編碼”專題組主席)和陳煥浜研究員幫助校對幀間編碼相關章節的技術描述。
同時,衷心感謝周健全、王海鑫、顧程銘、冉啟宏、李程程、梁紅、王璐歌、薛毅、鞏浩等同學在資料收集和內容整理方面作出的辛勤勞動。
本書可作為電子信息類和廣播電視類本科高年級學生和研究生的相關課程教材,也可供視頻技術研究領域的研究生、教師、工程師參考,并且適合相關技術人員作為解讀H.266/VVC標準的參考用書。
由于時間有限,書中的論述難免出現疏漏,懇請廣大讀者批評指正。

作 者
2022年6月
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