VVC视频编码标准QTBT块划分方式

付文杰 黄建秋

【摘  要】近年来，随着科学技术的不断发展，人们生活水平不断提高，随之而来的精神文化需求也越来越高。传统的信息获取方式如文本、声音、图像等已经满足不了人们的需求，视频、高清视频甚至是超高清视频逐渐成为主流媒体。视频分辨率的不断提高，给多媒体技术的硬件及软件提出了更高的要求。在这样的时代背景下，VVC（Versatile Video Coding）应运而生。该编码标准相比于上一代视频编码标准HEVC来说，率失真性能提高了40%以上，且在针对高清、超高清视频，以及360o全景影像的编解码方面有更好的性能。本文主要对比了HEVC编解码标准介绍VVC标准QTBT块划分方法。

【关键词】视频编解码标准;VVC;超高清视频;360o全景影像;QTBT

1.视频编码技术简介

自20世纪80年代视频编解码标准诞生以来，主要分为两个系列：MPEG系列和H.26X系列。传统的视频压缩编码技术有很多种，其中包括预测编码、变换编码、矢量量化、熵编码等技术以及将上述的几种编码技术组合起来的经典的混合编码技术。现有的视频编码标准都是采用基于块的预测、变换、量化、熵编码相结合的混合编码框架。

2010年10月，高性能视频编码标准H.265/HEVC应运而生。作为近年来的主流视频编解码标准，HEVC主要的视频处理过程有：编码块划分、帧内/帧间编码模式选择、运动估计、运动补偿、残差变换、量化、编码等。无论是帧内编码还是帧间编码方式都需要先将待处理图像进行编码块的划分，编码块的划分方式一定程度上决定了编码端的复杂度，进而决定了编码器的率失真性能。本文主要介绍VVC编解码标准相比于HEVC编码标准的编码块划分方式的改进点。

2.VVC与HEVC块划分方式对比

2.1 HEVC块划分方式

在HEVC中，最大编码块的尺寸为64*64，最小编码块尺寸为8*8。根据图像纹理复杂度及编码需要，按照图1所示四叉树（QT，quaternary tree）的划分方式进行编码块的划分，并按照zig-zag（Z字形）顺序进行块处理。在进行四叉树划分的过程中，所有的编码单元CU块都是正方形。

预测单元PU是进行帧内/帧间预测的基本單元。在进行预测编码时，根据图像的特性，在CU划分的基础上进一步划分，从而满足图像的预测编码需求。如图2所示，PU的划分需要根据当前编码块采用的编码方式来选择具体的划分方式。

变换单元TU是进行变换和量化的基本单元。在进行图像预测后，需要将残差进行编码，此时首先需要进行残差的变换。变换块TU是将编码单元CU进行划分，以便进行变换、量化和熵编码。TU的划分规则与CU类似，都是正方形划分。

2.2 VVC视频编码标准块划分方式

VVC编码标准在HEVC块划分的基础上进一步完善，最大编码块尺寸增加到128*128，同时在四叉树（QT）划分的基础上，增加了二叉树（BT，binary tree）和三叉树（TT，ternary tree）两种划分方式，划分方式如图3所示。

其中，二叉树的划分采用的是左右/上下对称的方式，而进行三叉树的划分方式时，三部分子CU的比例为1：2：1。

当CU编码块在进行划分时，第一层划分必须使用四叉树的划分形式，划分后的子CU在进一步划分时，一旦采用了二叉树或三叉树的划分方式，则不能再继续使用四叉树的方式划分了。

值得一提的是，VVC编码标准去除了HEVC中CU、PU和TU不同的块划分方式，改为同一种划分方法，简化了块结构，在不影响编码效果的前提下降低了算法复杂度。

3.VVC在分量表示方面的改进

在HEVC中，无论是帧内编码还是帧间编码，每个编码块均由一个亮度分量Y和两个色度分量、来表示，即进行编码块划分时两个分量采用同一种划分方式。在VVC中，因为P帧和B帧的编码块亮度分量与色度分量的运动向量相似，为了降低计算复杂度，保留了这种方式。

在进行I帧编码时，为了提高编码效果，考虑到I帧亮度分量和色度分量具有不同的空间特性，将亮度分量和色度分量分别进行划分，在保持编码性能的同时还能够减少编码比特。

4.总结

本文主要介绍了最新一代视频编码标准VVC在编码块划分方面与上一代编码标准HEVC的异同点。VVC视频编码方法的提出主要改善了HEVC在高清、超高清视频方面的不足，同时为当前流行的360o全景影像视频的处理提供了可能。VVC编码方法的率失真性能比HEVC提升40%以上，其中在块划分方式方面有了很大改进。VVC充分考虑图像特性及编码特性，在不影响解码图像质量的前提下，使整体编码性能得到很大提升。

参考文献

[1] 万帅， 杨付正. 新一代高效视频编码H.265/HEVC：原理、标准与实现[M]. 电子工业出版社， 2014.

[2] 何小海，杨晓敏. 数字图像通信[M].四川大学出版社.2010.