H266/VVC编码标准介绍

视频编码标准

多样的视频应用催生了多种的视频编码方法。为了使编码后的码流能够在大范围内通用和规范，从20世纪80年代开始，国际组织就开始对视频编码建立国际标准。
什么是视频编码标准：
视频编码标准只规定了码流的语法语义和解码器，只要求视频编码后的码流符合标准的语法结构，解码器就可以根据码流的语法语义进行正常解码。因此，符合某个解码标准的编码器是有很大的自由度的，只要编码后的码流符合标准规定即可。
编码器输出的码流汇总，数据的基本单位是语法元素，每个语法元素由若干个比特组成，表征某个特定的物理意义，如预测类型、量化参数等。语法规定了各个语法元素的组织结构，语义阐述了语法元素的具体含义。
视频编码标准由标准化组织向业界广泛征集各类提案，并逐渐形成参考软件。标准化组织主要有国际电信标准化部门ITU-T、国际标准化组织ISO/国际电工委员会IEC，以及我国的数字视频编解码技术标准工作组AVS。
视频编码标准的发展：目前比较先进的编解码标准H266/VVC、AVS3、AV2。

h266/VVC简介

视频应用的多样性和高清化趋势对视频编码性能提出了更高的要求，为此，H266/VVC顺势而出。
h266也被称为多功能视频编码（Versatile Video Coding，简称 VVC）是最新一代视频编码标准，2020 年 7 月定稿。相比HEVC/H265，能够平均节省大约 50% 的码率，编码复杂度不超过2倍，编码复杂度与压缩性能基本保持正比关系。
标准化历程：

时间	事件
2015年10月	VCEG和MPEG再次组建联合视频探索小组JVET，开发JEM参考平台
2015年10月-2017年7月	针对SDR，多个提案，JEM 7个版本不断演进
2016年10月-2017年10月	支持AR和VR，研究了360度全景编码技术，简历360Lib参考软件平台
2017年10月	共同发布新一代视频编码标准的技术征求书，应用到4K、16K，甚至HDR、360度全景视频、屏幕内容编码
2018年4月	32家单位提交23份提案，最佳性能比H265的参考软件HM提升40%以上的编码效率，JVET将下一代标准命名VVC，建立第一版VV测试模型VTM-1.0
2018年-2020年7月	JVET召开10次会议讨论6000多份技术提案，VTM性能得到大幅度提升
2019年7月	JVET发布委员会草案CD，确定VVC的主体编码框架和编码工具
2019年10月	JVET发布了国际标准草案DIS，标准进入关键阶段
2020年7月1日	19次JVET会议确定VVC第一版本，ITU-T命名为H266，ISO/IEC批准VVC成为FDIS，H266/VVC标准正式形成

编码框架： H266/VVC类似以往的国际视频编码标准，仍然采用混合编码框架，包括预测、变换、量化、熵编码、环路滤波等。

编码单元： H266/VVC仍然采用基于编码树单元CTB和编码树块CTB的编码单元划分机构，利用四叉树、二叉树、三叉树递归划分成不同尺寸的编码单元CU，CU是视频编码的基本单位。
帧内预测： 引入多参考行帧内预测、模式依赖的帧内平滑、更多的角度模式、宽角度帧内预测、基于矩阵的帧内预测、分量间线性预测、位置相关的帧内预测组合等新技术。
帧间预测： H266/VVC引入了带有运动矢量差的Merge、几何划分帧间预测、联合帧内帧间预测、对称运动矢量差分编码、自适应运动矢量精度、仿射运动补偿预测、基于子块的时域MV预测、双向光流、解码端运动矢量细化等新技术。
变换：H266/VVC引入多核变换、高频调零、子块变换、二次变换等新技术。
量化： H266/VVC引入依赖标量量化技术
环路滤波： 包括去方块铝箔、像素自适应补偿、自适应环路滤波、亮度映射与色度缩放。
熵编码： 采用基于上下文的自适应二进制算数编码进行熵编码。

参考

JVET提案系统： http://phenix.int-evry.fr/jvet/
JVET输出文档： https://www.itu.int/wftp3/av-arch/jvet-site/
JEM代码： https://jvet.hhi.fraunhofer.de/svn/svn_HMJEMSoftware/tags/
VTM代码： https://vcgit.hhi.fraunhofer.de/jvet/VVCSoftware_VTM
书籍： 新一代通用视频编码H266/VVC：原理、标准与实现[万帅 霍俊彦 马彦卓 杨付正/著]