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美国控制根服务器H.265—HEVC学习笔记:编码结构和码流分析

作者:云服务器网 | 2025-12-08 23:22:24

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编码结构:包含编码时候的分层处理架构和编码完后码流的语法架构

1、编码时的分层处理架构

在对视频序列进行压缩的时候,会将其先分割成若干个小的图像组(GOP,Group of Pictures),定义一个GOP编码后生成的压缩数据为CVS(Coded Video Sequence)

视频编解中,存在封闭式GOP和开放式GOP

每个图像组包含若干张图片,每张图片可以划分为一个或多个片(Slice)

每个GOP分为若干个片(Slice),片与片之间进行独立编码

每个片由一个或者多个片段(SS,Slice Segment)组成

一个SS在编码时,被分割成大小相同的树形结构单元(CTU,Coding Tree Unit),CTU是HEVC新引进的概念

每个CTU按照四叉树分割方式分割成不同类型的编码单元(CU,Coding Unit)

2、压缩码流结构

GOP层、Slice层中公用的大部分语法元素游离出来组成序列参数集(SPS,Sequence Paramenter Set)和图像参数集(PPS,Picture Paramenter Set)

SPS中包含了一个CVS中所有图像共用的信息,包括解码相关信息,如档次级别,分辨率deng

PPS中包含了一幅图像所有的公共参数,即一个图像中的所有SS会使用同样的PPS,包括初始图像控制信息,如初始化量化参数(QP,Quantization Parament)、分块信息等

此外为了适应其他应用如可分级视频编码器,多视点视频编码器,HEVC语法架构中增加了视频参数集(VPS,Video Parament Set),其中包含了多个子层共享的语法元素,其他不属于SPS的特定信息等。

一个SS获取参数的引用顺序如下(实则上是一个树状的结构):SS <-- PPS <-- SPS <-- VPS

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一、网络分层结构VCL和NAL

与H.264/AVC类似,H.265/HEVC采用了视频编码层(Video Code Layer,VCL)和网络适配层(Network Abstract Layer,NAL),VCL层包含了视频数据的内容,NAL主要负责对视频压缩后的数据进行划分和封装,保证数据能在不同的网络环境中传输。通过NAL,视频压缩数据将被根据其内容特性分割成具有不同特性的NAL单元(NAL Unit,NALU),并对NALU的内容特性进行标识。因此,传输网络根据NALU的标识就可以优化视频传输的性能,而不需再分析视频的内容特征。NALU可以直接作为载体进行传输,而由于不同网络支持的最大传输单元(Maximum Transmission Unit,MTU)是不一样的,因此存在一个网络分组包含一个或者多个NALU,或者多个网络分组包含一个NALU。

//对于一个码流文件来说,包含一系列NAL头,根据H.265对NALU的类型定义,可以解析出其是VPS、SPS、PPS等六种类型

二、网络适配层单元NALU

NAL根据视频压缩数据的特性将其封装为不同的NALU,NALU除了承载VPS、SPS、PPS等信息,还有视频片(Slice)的压缩数据,承载视频片压缩数据的NALU被称为VCLU(VCL NALU),承载其它信息的压缩数据的NALU则被称为non-VCLU(non-VCL NALU)。H.265/HEVC下NALU包含两部分的结构:NALU头(Header)和负载(Payload),NALU头长度为固定的两个字节,反映NALU的内容特征,NALU负载长度为整数字节,承载视频压缩后的原始字节序列载荷(Raw Byte Sequence Payload,RBSP)。RBSP是对视频编码后的原始比特流片段SODB(STring OF Data Bits)进行添加尾部(添加结尾比特1,以凑足整字节)的包装。

RBSP可以包含一个SS的压缩数据,VPS、SPS、PPS、补充增强信息等,也可以为定界、序列结束、比特流结束、填充数据等。【P277】在字节流环境中,如果NALU对应的Slice为一帧的开始,则其开始码为0x00000001,若对应的Slice不是一帧的开始,则为0x000001。为避免NALU载荷中的字节流片段与的NALU的起始码及结束码发生冲突,需要对RBSP字节流做避免冲突处理,经过处理后的RBSP才可以直接作为NALU的载荷信息。同时注意到在解码的时候,这些处理是会被逆处理恢复的。

NALU的结构图(fig1)

NALU语法表(tab1)

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NALU头语法(tab2)

三、视频比特流中的NALU

压缩视频比特流是由连续排列的NALU组成的,其顺序和解码顺序是一致的。H.265/HEVC引入了接入单元(Access Unit,AU)的概念,将其定义为多个按解码顺序排列的NALU,且这些NALU的解码能生成一个图像。因此也可认为压缩视频比特流是由按顺序排列的AU组成的,可将AU看成压缩视频比特流的基本单位。

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