超高清数字电视视频压缩编码技术.pdf

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1、超高清数字电视视频压缩编码技术 摘要：近年来，经济快速发展，社会不断进步，超高清数字电视呈现出了强劲的增长势头。分析其中的原因，就在于超高清数字电视能够提供更好的视听享受，让观众看的更清楚。而实现这一目标的技术，就是视频压缩编码技术。本文首先介绍了超高清数字电视视频压缩编码技术，然后对其基本核心技术进行了分析，并对今后的发展趋势进行了预测。关键词：超高清；数字电视；视频压缩；编码技术 引言 在科学技术发展作用下，电视技术已经发展为超高清电视。随着超高清数字电视技术的发展与进步，人们的生活与工作都发生了极大的改变，也为信息产业带来了新的机会和广阔的市场，它必将成为新的经济增长点，从而获得前所未有

2、的发展。而视频压缩编码技术对超高清电视的普及和发展有着极为重要的作用与地位，通过对编码技术的深入探索与分析，超高清电视技术面临的难题终将逐渐破解。1 超高清数字电视视频压缩编码技术概述 所谓超高清数字电视视频压缩编码技术，简单概括一下就是采用新的压缩技术来处理原始信号数据，使其能够适应当前网络传输的条件。例如当处理4K 模式的超高清数字电视信号时，其原始数据率为(38402160pixel/frame)(12bit/pixel)(30frame/s),即约为2.78Gbit/s(30frame/s)，如果是 8K 模式的话，那么原始数据率就会达到约1lGbit/s；即使采用了标准的H.264

3、的视频压缩方法，将4K 模式的原始数据率压缩至 20Mbit/s 以内，仍然会给当前的带宽形成巨大压力。因此必须使用更加高效的压缩技术，以缓解带宽压力，提高传输效率。ITU-T 视频编码专家组和ISO/IEC 移动视频专家组联合成立了视频编码联合小组，目标就是研究出新型的视频编码标准，即 HEVC。与标准的 H.264 的视频压缩方法相比，HEVC 在处理同样的视频图像时压缩效率提高了一倍，且编码结构更加灵活，包括编码单元、预测单元和变换单元三个部分；这三个单元彼此独立且功能完善，在对块像素进行解码和重构时效率更加出众。同时，HEVC 的预测单元还具有数十种帧内预测模式，大大提高了帧内预测的精

4、度；滤波技术中除了保留标准 H.264 的去块效应滤波器外，还使用了若干个更加高效的滤波器，不仅有效提高了过滤效果，还扩大了过滤对象的范围。正是这些关键技术的应用，使得 HEVC 在超高清数字电视视频压缩编码中具备了巨大的优势。2 超高清数字电视视频压缩编码技术 2.1 环路滤波技术 首先，样点补偿滤波器。当去块效应滤波处理结束时，样点滤波补偿器就结合所有像素运用特点实施科学的分类处理，接着再进行针对性补偿处理。其中补偿处理模式主要可分为两种，即边缘补偿与带状补偿。通常情况下，带状补偿就是将相应区域中的各种像素划分为各种条带，而各条带中具有的像素强度间隔有着较强相似性。同时带状补偿时以 0 至

5、最大值这一范围为基础，将强度间隔划分为 32 个，各间隔之间都存在相应的补偿数值。另外，间隔还科学分为两组，并运用一组间隔进行编码传输处理，以此实现比特数的节约。边缘补偿则是针对当前像素与相邻像素进行科学分析与比较，接着再识别与分类当前像素，这就可在解码期间利用识别方法实现对应补偿处理。其次，环路滤波器。环路滤破器在降低编码图像解码噪音过程中，通常会以像素状态为基础，明确块中的色度分量与亮度分量应怎样进行使用。在进行色度分量期间，环路滤波器属于点对称的二维FIR 滤波器，但在色度分量期间，则属于 55 的对称矩形二维 FIR 滤波器。另外，HEVC 主要将环路滤波器分为两种形态，也就是以像素为

6、基础的滤波器和以区域为基础的滤波器。其中像素滤波器可根据实际需求将图像划分为 16 组，并确保各组都使用相应滤波器进行处理。而区域滤波器则是将图像划分为 16 块，同时将各块与最大块编码单元进行对齐处理，接着使用滤波器针对各块进行科学处理。2.2HEVC 帧内预测编码技术 HEVC 的帧内预测与 H.264 技术相似，都是在空域内对视频进行压缩处理。为了提升帧内效率，HEVC 将预测模式扩展为 35 种，比传统的 H.264 标准多 8 种。在这 35 种预测模式中，有 33 种模式是为了强化帧内预测的精度，另外两种非线性预测模式的主要对象为平滑区域。每一个预测单元都实施全方位的预测，非方向预

7、测的数量保持不变，方向性预测的数量则在最大值和最小值之间变化，即6464 到 44 之间，但是取得的精度一致。尽管这种模式能够有效提升帧内精度，但却增加了预测的复杂性，对单元大小和数量的设置也将由预测单元的大小决定。这是目前 HEVC 帧内预测编码技术研究面临的一大难题。2.3 自适应样点补偿滤波器 在去块效应滤波器完成处理之后，自适应样点补偿滤波器会根据每个像素应用的特征进行分类，然后采取有针对性的补偿。通常有两种补偿方式，带状补偿和边缘补偿。带状补偿是将某个区域内的所有像素分成多个条带，每个条带所包含的像素的强度间隔是相同。带状补偿在 0 到最大强度的范围内，平均分为 32个强度间隔，每个

8、间隔有一个补偿值；32 个间隔被平均分为两组，使用其中一组用于编码传输以节省比特数。边缘补偿是将当前像素与相邻的像素进行对比，然后对当前像素进行分类标识，这样在解码时就可以根据标识进行对应的补偿。2.4 自适应环路滤波器 自适环路滤波器以像素状态为基础，有效明确块状的色度分量和亮度分量。在色度分量中，自适环路滤波器是一个对称的滤波器；但是在色度分量中，它是一个 55 对称矩阵的滤波器。在实际的视频压缩编码处理过程中，HEVC 将自适应环路滤波器分为两种类型，一种以像素为基础，一种以区域为基础。像素滤波器结合实际需求将图像划分为 16 组，确保每一组都能被相应的滤波器处理；区域滤波器则将图像分为

9、 16 块，对比最大编码单元对每一块做处理，最后运用滤波器对其做整体处理。3 超高清数字电视视频压缩编码技术的发展趋势 虽然目前超高清数字电视仅在数字影院、广播电视等特殊行业中得到了广泛应用，但是随着通信技术的不断发展，在解决了传输问题的瓶颈之后，超高清数字电视能够在其他领域获得更大的发展。例如现在十分普及的智能手机，其分辨率早已达到了 4K 的标准，但是由于传输信号的限制，手机观看到的图像和视频与普通电视并没有差别。还有就是很多一流的电视生产厂家，已经率先研制出了超高清的电视，尽管其价格略显昂贵，却在市场上收获了相当多的好评。这也在一定程度上反映出了群众对于超高清图像的期待和需求。然而现实状

10、况却是，由于传输信号的限制，超高清数字电视也只能接受普通高清的电视节目，导致超高清数字电视陷入了“英雄无用武之地”的尴尬境地。因此，各国都在积极采取各种措施，加快超高清数字电视视频压缩编码技术的研发，努力解决信号传输问题带来的影响。超高清数字电视是为来电视发展的必然方向，人们对画面质量的追求永无止境，对完美再现自然景物的努力不会停息。4k8k16k它将会在我们生活领域各个方面中得以应用。在通信技术与科学技术不断创新作用下，通过日益提高的编解码技术和传输带宽的不断提升，为超高清数字电视技术在各个领域中的应用和推广创建有力条件。如：随着 5G 和 IP 技术的发展与实现，超高清数字电视视频压缩编码技术得到了完美的展现，这也必将促进超高清数字电视全面发展与使用。结语 综上所述，近些年 HEVC 视频编码技术得到了快速发展和完善，对超高清电视的普及和发展做出了巨大贡献，并在较多行业中有着极为广泛的使用。为了更好的拓展超高清电视的应用范围，就需要不断推陈出新，完善编码技术的先进性，为我国广播电视行业快速持续发展奠定坚实基础。参考文献 1高阳.高清数字电视视频压缩编码技术的探究J.电视指南，2018（13）：280.2陆晶晶.数字视频压缩编码技术标准现状与展望J.数字技术与应用，2014（6）：214.3王玉柱.浅析超高清数字电视视频压缩编码技术J.黑龙江科技信息，2014（4）：17.