Unidad de árbol de codificación

La unidad de árbol de codificación ( CTU ) es la unidad de procesamiento básica del estándar de video High Efficiency Video Coding (HEVC) y conceptualmente corresponde en estructura a las unidades de macrobloques que se usaron en varios estándares de video anteriores. ^{[1] [2]} La CTU también se conoce como unidad de codificación más grande ( LCU ). ^[3]

Una CTU puede tener un tamaño de entre 16 × 16 píxeles y 64 × 64 píxeles, y un tamaño mayor generalmente aumenta la eficiencia de la codificación. ^{[4] [2]} El primer estándar de vídeo que utiliza CTU es HEVC/H.265, que se convirtió en estándar ITU-T el 13 de abril de 2013. ^{[5] [6] [7]}

Historia

Los métodos de codificación de macrobloques se han utilizado en los estándares de codificación de vídeo digital desde H.261 , que se lanzó por primera vez en 1988. Sin embargo, para la corrección de errores y la relación señal-ruido, el tamaño de macrobloque estándar de 16x16 no es capaz de obtener el tipo de reducciones de bits que La teoría de la información y la teoría de la codificación sugieren que son teórica y prácticamente posibles. ^[8]

Detalles técnicos

HEVC reemplaza los macrobloques , que se usaban con estándares de video anteriores, con CTU que pueden usar estructuras de bloques más grandes de hasta 64 × 64 píxeles y pueden subdividir mejor la imagen en estructuras de tamaño variable. ^{[4] [9]}

HEVC inicialmente divide la imagen en CTU que luego se dividen para cada componente luma/croma en bloques de árbol de codificación (CTB). ^{[4] [9]}

Un CTB puede ser de 64×64, 32×32 o 16×16 con un tamaño de bloque de píxeles más grande que generalmente aumenta la eficiencia de codificación. ^[4] Luego, los CTB se dividen en una o más unidades de codificación (CU), de modo que el tamaño de la CTU sea también el tamaño de unidad de codificación más grande. ^[4]

• La disposición de las CU en un CTB se conoce como árbol cuádruple , ya que una subdivisión da como resultado cuatro regiones más pequeñas. ^[4]
• Luego, las CU se dividen en unidades de predicción (PU) de tipo de predicción intra o entre imágenes, que pueden variar en tamaño desde 64 × 64 a 4 × 4. ^{[4] [9]} Para limitar el ancho de banda de la memoria en el peor de los casos al aplicar compensación de movimiento en el proceso de decodificación, las unidades de predicción codificadas usando predicción entre imágenes están restringidas a un tamaño mínimo de 8×4 o 4×8 si se predicen a partir de un referencia única (uni-predicción) o 8×8 si se predicen a partir de dos referencias (bi-predicción). ^{[4] [10]}
• Para codificar el residual de predicción, una CU se divide en un árbol cuádruple de unidades de transformación (TU) DCT . ^{[4] [11]} Las TU contienen coeficientes para la transformación y cuantificación de bloques espaciales. ^{[4] [9]} Una TU puede tener tamaños de bloque de 32 × 32, 16 × 16, 8 × 8 o 4 × 4 píxeles. ^[4]

Estandarización

En la reunión de HEVC de julio de 2012 se decidió, basándose en la propuesta JCTVC-J0334, que se requeriría el nivel 5 de HEVC y superior para utilizar tamaños de CTB de 32×32 o 64×64. ^{[3] [12]} Esto se agregó a HEVC en el Borrador de Norma Internacional como un límite de nivel para la variable Log2MaxCtbSize. ^[13]

Log2MaxCtbSize pasó a llamarse CtbSizeY en el borrador HEVC de octubre de 2012 y luego a CtbLog2SizeY en el borrador HEVC de enero de 2013. ^{[10] [14]}

Eficiencia de codificación

El diseño de la mayoría de los estándares de codificación de vídeo tiene como objetivo principal tener la mayor eficiencia de codificación. ^[2] La eficiencia de codificación es la capacidad de codificar video a la velocidad de bits más baja posible manteniendo un cierto nivel de calidad de video. ^[2] HEVC se beneficia del uso de tamaños de CTB más grandes. ^[2]

Esto se ha demostrado en pruebas PSNR con un codificador HEVC HM-8.0, donde se vio obligado a utilizar tamaños de CTU progresivamente más pequeños. ^[2] Para todas las secuencias de prueba en comparación con un tamaño de CTU de 64 × 64, se demostró que la velocidad de bits HEVC aumentó en un 2,2 % cuando se obligó a usar un tamaño de CTU de 32 × 32 y aumentó en un 11,0 % cuando se obligó a usar un tamaño de CTU de 16 × Tamaño de 16 unidades. ^[2]

En las secuencias de prueba de Clase A, donde la resolución del vídeo era 2560×1600, en comparación con un tamaño de CTU de 64×64, se demostró que la tasa de bits HEVC aumentó en un 5,7 % cuando se obligó a utilizar un tamaño de CTU de 32×32 y aumentó en un 28,2% cuando se vio obligado a utilizar un tamaño de CTU de 16×16. ^[2]

Las pruebas demostraron que los tamaños grandes de CTU se vuelven aún más importantes para la eficiencia de la codificación con video de mayor resolución. ^[2] Las pruebas también mostraron que tomó un 60% más de tiempo decodificar video HEVC codificado en un tamaño de 16×16 CTU que en un tamaño de 64×64 CTU. ^[2] Las pruebas demostraron que los tamaños grandes de CTU aumentan la eficiencia de la codificación y al mismo tiempo reducen el tiempo de decodificación. ^[2] Las pruebas se realizaron con el perfil principal de HEVC basado en una relación pico señal-ruido (PSNR) igual. ^[2]

Ver también

• Codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC): estándar de vídeo compatible con 8K UHDTV y resoluciones de hasta 8192 × 4320
• H.264/MPEG-4 AVC : el estándar de vídeo predecesor de HEVC
• VP9 : un códec de vídeo con superbloques, que son similares a las CTU
• Macrobloque : la unidad de procesamiento básica utilizada en varios estándares de vídeo anteriores.

Referencias

1. GJ Sullivan; J.-R. Ohm; W.-J. Han; T. Wiegand (25 de mayo de 2012). "Descripción general del estándar de codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC)" (PDF) . Transacciones IEEE sobre circuitos y sistemas para tecnología de video nueva propiedad de codificación: GilbertLeeGrimaldoJr.(c)(r)(tm) . Consultado el 26 de abril de 2013 .
2. GJ Sullivan; Heiko Schwarz; Thiow Keng Tan; Thomas Wiegand (22 de agosto de 2012). "Comparación de la eficiencia de codificación de los estándares de codificación de vídeo, incluida la codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC)" (PDF) . Transacciones IEEE sobre circuitos y sistemas para tecnología de vídeo . Consultado el 26 de abril de 2013 .
3. Gary Sullivan; Jens-Rainer Ohm (13 de octubre de 2012). "Informe de la décima reunión del Equipo Colaborativo Conjunto sobre Codificación de Vídeo (JCT-VC), Estocolmo, SE, 11-20 de julio de 2012". JCT-VC . Consultado el 28 de abril de 2013 .
4. GJ Sullivan; J.-R. Ohm; W.-J. Han; T. Wiegand (25 de mayo de 2012). "Descripción general del estándar de codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC)" (PDF) . Transacciones IEEE sobre circuitos y sistemas para tecnología de vídeo . Consultado el 26 de abril de 2013 .
5. "Inicio UIT-T: Grupos de estudio: Recomendaciones UIT-T: UIT-T H.265 (04/2013)". UIT. 2013-04-13 . Consultado el 16 de abril de 2013 .
6. "Recomendación de la AAP: H.265". UIT. 2013-04-13 . Consultado el 16 de abril de 2013 .
7. "Anuncio AAP nº 09". UIT. 2013-04-15 . Consultado el 16 de abril de 2013 .
8. "Diario de un desarrollador x264» los problemas con las wavelets ". Archivado desde el original el 29 de enero de 2014 . Consultado el 6 de febrero de 2014 .
9. "Descripción de la codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC)". JCT-VC. 2011-01-01 . Consultado el 15 de septiembre de 2012 .
10. "Borrador 10 de especificación de texto de codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC) (para FDIS y consentimiento)". JCT-VC. 2013-01-17 . Consultado el 24 de enero de 2013 .
11. Thomson, Gavin; Shah, Athar (2017). "Presentación de HEIF y HEVC" (PDF) . Apple Inc. Consultado el 5 de agosto de 2019 .
12. Wade Wan; Tim Hellman (3 de julio de 2012). "Agregar una restricción de nivel en el tamaño del bloque del árbol de codificación". JCT-VC . Consultado el 22 de septiembre de 2012 .
13. "Borrador 8 de especificación de texto de codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC)". JCT-VC. 28 de julio de 2012 . Consultado el 31 de julio de 2012 .
14. "Borrador 9 de especificación de texto de codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC)". JCT-VC. 2012-10-22 . Consultado el 23 de octubre de 2012 .

enlaces externos

• Descripción general de HEVC
• Eficiencia de codificación HEVC
• Recomendación UIT-T H.265: Codificación de vídeo de alta eficiencia