[视频编码] HEVC 简介

这是一个专栏，从视频编码最基础的知识到HEVC技术细节的点点滴滴，记录了我研究生对于视频编码的理解。这个系列包含了下面的内容。

• 视频编码入门，也就是本节，对视频编码的必要性做一个简单的入门
• 视频格式，这个章节对于入门视频编码及以后对编码算法的理解做个基础的铺垫，简要介绍下视频的格式以及各种格式的组成形式。
• 视频压缩的基本概念，这一章对视频压缩做一个简介，视频压缩的方法与概念，以及自视频发展开始到现在最新的HEVC的视频压缩的原理性问题。
• HEVC介绍，这一张正式开始对HEVC开始进行说明，包括HEVC视频编码是怎么由最初的MPEG时代到H.261，然后一步步地到最新的高效视频编码的，HEVC编码器的每一个部分在这一章节也会有一个详细的概念介绍，为以后在每一章的介绍打下基础，从下一章开始就是对HEVC的每一个模块的介绍了。
• 帧内预测，这一章节对帧内的预测做详细的细节说明。
• 帧间预测，这一章节对帧与帧之间的预测做详细的细节说明。
• 变换编码，帧内预测和帧间预测都属于时域的预测，只能去除时域上的冗余，而频域上的冗余要先通过变换，将图像信息转换到频域，这一章节就是介绍怎么对图像信息进行编码。
• 量化，当变换到了频域后，对视频图像信息进行压缩后得到的数值是分布非常不均匀的，那么想进一步对其进行压缩，并且让其适合后阶段的传输过程的话，就需要量化来做。量化过程是整个视频编码器端会造成信息损失的环节。
• 环滤波
• 标准语法
• 熵编码
• 并行技术
• 码率控制

HEVC编码器的结构就是如上面所说的这些环节。

我们生活在这个世界上，每天要接受无数的信息，这些信息的形式，不仅仅有我们熟知的各种文档，音频，视频，还有光，电，大自然的声音等，甚至包括我们人类无法感知的红外线，紫外线等电磁波都属于信息传播的方式，这些信号千千万万，我们人类利用它们作为载体替我们传递信息，那么传输这些信息的话就是一个非常具有挑战性的问题，首先，我们需要先获取这些信息，获取的方式有多种，比如说我们想保存图像信息，那么我们可以使用照相机来拍照从而保存信息，如果我们想保存视频信息，我们可以通过摄像机摄像来获取视频文件，如果我们想保存声音信息，我们可以通过录音机来保存我们感兴趣的声音信号。

现在我们举一个实际的例子，我们想获取一段视频，假如我们现在用一个高清（HD，分辨率为1280*720）的摄像机对视频进行取材，然后我们录制两个小时的视频，那么我们获取的视频文件有多大呢？

首先，对没有视频基础的朋友做一个基础知识的普及，我们平常日常生活中看到的各种各样的视频其实是由一张一张的图像组成的，只是图像与图像播放的速度太快，加上我们的眼睛有延迟效应，所以在图像播放的速度达到一定的速度后，我们就感觉不到是一张张的图片，而是连贯起来的动画。

我们可以计算一下，首先，我们假设视频每秒处理30帧画面，画面帧采用8位RGB编码，那么一秒的数据就有1280 × 720 × 30 × 3 × 8 = 663552000 bps，相当于663Mb数据，那么一部电影的长度一般为两个小时，则一部电影的原始数据的容量大小将达到583GB，即使是现在5G网络普及起来，也是无法承受的数据量，所以，对视频做压缩是十分必要的。