第４１卷第２期２０２１年４月
㊀
南京邮电大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
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Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．２Ａｐｒ ２０２１
ｄｏｉ：１０．１４１３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７３⁃５４３９．２０２１．０２．００１
朱秀昌，唐贵进
（南京邮电大学江苏省图像处理与图像通信重点实验室，江苏南京㊀２１０００３）
摘要：在２０１３年制定的Ｈ．２６５／ＨＥＶＣ视频编码标准获得成功后，新一代视频编码国际标准Ｈ．２６６／
ＶＶＣ在ＩＴＵ⁃Ｔ的ＶＣＥＧ和ＩＳＯ／ＩＥＣ的ＭＰＥＧ通力合作下已于２０２０年７月完成㊂尽管ＶＶＣ视频编码层的结构仍然是传统的基于块的混合视频编码模式，但ＶＶＣ提供了多项先进的视频编码工具，
较先前的ＨＥＶＣ标准，其压缩率大约提高了一倍㊂文中主要对ＶＶＣ标准中新编码技术的特点和性能进行综述㊂
关键词：Ｈ．２６６／ＶＶＣ；ＨＥＶＣ；视频编码标准；联合视频专家组；视频压缩
中图分类号：ＴＮ９１９．８㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７３⁃５４３９（２０２１）０２⁃０００１⁃１１
Ｈ．２６６／ＶＶＣ：ｖｅｒｓａｔｉｌｅｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄ
ＺＨＵＸｉｕｃｈａｎｇ，ＴＡＮＧＧｕｉｊｉｎ
ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｎＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＆ＩｍａｇｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，
ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００３，Ｃｈｉｎａ
(
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｆｔｅｒｔｈｅｐｒｏｆｏｕｎｄｓｕｃｃｅｓｓｏｆｄｅｆｉｎｉｎｇＨ．２６５／ＨＥＶＣｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｉｎ２０１３，ｔｈｅｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄＨ．２６６／ＶＶＣｗａｓｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｌｙｆｉｎａｌｉｚｅｄｉｎＪｕｌｙ２０２０ｂｙｂｏｔｈｔｈｅＩＴＵ⁃ＴＶＣＥＧａｎｄＩＳＯ／ＩＥＣＭＰＥＧｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｓ．ＡｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＶＶＣｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｌａｙｅｒｉｓｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｂｌｏｃｋ⁃ｂａｓｅｄｈｙｂｒｉｄｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ＶＶＣｓｔｉｌｌｏｆｆｅｒｓｓｅｖｅｒａｌａｄｖａｎｃｅｄｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｔｏｏｌｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｃｏｍ
ｐｒｅｓｓｉｏｎｒａｔｅｏｆＶＶＣｉｓａｂｏｕｔｄｏｕｂｌｅｔｈａｔｏｆＨＥＶＣ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＶＶＣｓｔａｎｄａｒｄａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈ．２６６／ＶＶＣ；ＨＥＶＣ；ｖｉｄｅｏｃｏｄｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｓ；ＪＶＥＴ；ｖｉｄｅｏｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ收稿日期：２０２１⁃０３⁃０４㊀㊀本刊网址：ｈｔｔｐ：ʊｎｙｚｒ．ｎｊｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ作者简介：朱秀昌，男，教授，博士生导师，ｚｈｕｘｃ＠ｎｊｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
引用本文：朱秀昌，唐贵进．Ｈ．２６６／ＶＶＣ：新一代通用视频编码国际标准［Ｊ］．南京邮电大学学报（自然科学版），２０２１，４１（２）：１－１１．
㊀㊀视频信息压缩技术在过去３０余年以来的一系列视频编码国际标准中得到充分的体现㊂从２０世纪９０年代初的第一代视频编码标准Ｈ．２６１／ＭＰＥＧ⁃
１［１］㊁Ｈ．２６２／ＭＰＥＧ⁃２起，到第二代视频编码标准Ｈ ２６４／ＡＶＣ［２］，第三代视频编码标准Ｈ．２６５／
ＨＥＶＣ［３－４］，每进化一代视频压缩的效率都大致提高一倍㊂ＨＥＶＣ第一版２０１３年发布７年后的今天，经两大国际标准化组织ＩＴＵ⁃Ｔ和ＩＳＯ／ＩＥＣ的有关部门通力合作，又完成了第四代视频编码标准，简称通用视频编码（ＶｅｒｓａｔｉｌｅＶｉｄｅｏＣｏｄｉｎｇ，ＶＶＣ）标
准，已于
２０２０年７月发布第一版，其正式名称在ＩＴＵ⁃Ｔ为Ｈ ２６６，在ＩＳＯ／ＩＥＣ为ＶＶＣ（２３０９０⁃３）［５］㊂ＶＶＣ比
ＨＥＶＣ可以提高大约一倍的编码效率，也就是说编码相同可视质量的视频内容，大约只需要ＨＥＶＣ的
５０％的比特，ＡＶＣ的２５％的比特㊂ＶＶＣ的出现能够减轻世界网络的负担，因为目前视频流量已经占到互联网流量的８０％左右，还有上升的趋势㊂此外，将 通用 （Ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ）这个词用作这个标准的标题，说明ＶＶＣ的目标是支持多种类型的网络视频应用，如超高清视频㊁高动态范围视频㊁ＶＲ（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）视频㊁３６０ʎ全景视频及屏幕内容等［６］㊂
ＶＶＣ中的编码算法没有根本性的改进措施，它的技术手段和前面几代视频编码标准基本类似，仍然是在基于块的混合编码框架内，但几乎对编码的
每个环节都进行了改进，挤压尚未除尽的信息冗余，达到总体编码效率提高一倍的要求㊂
从ＩＴＵ⁃Ｔ和ＩＳＯ／ＩＥＴ联合制定视频标准Ｈ ２６２／ＭＰＥＧ⁃２于１９９４年推出开始，历
经Ｈ．２６４／ＡＶＣ㊁Ｈ．２６５／ＨＥＶＣ，到如今的Ｈ．２６６／ＶＶＣ，ＶＣＥＧ和ＭＰＥＧ的一个矢志不渝的目标为 减半 ，即每推出新一代标准都要求码率减半㊂以此算来，压缩同样的视频内容，在同样的解码视频质量的要求下，ＶＶＣ的码率只有ＭＰＥＧ⁃２的１／８㊂
２０１５年１０月，ＩＴＵ⁃Ｔ的ＶＣＥＧ和ＩＳＯ／ＩＥＣ的ＭＰＥＧ成立了联合视频探索小组（ＪｏｉｎｔＶｉｄｅｏＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＴｅａｍ，ＪＶＥＴ），面向全球征集提案㊂２０１８年，新一代视频编码标准化工作正式开始，在同年ＪＶＥＴ的第１０次会议上，联合视频探索小组正式更名为联合视频专家组（ＪｏｉｎｔＶｉｄｅｏＥｘｐｅｒｔｓＴｅａｍ，ＪＶＥＴ），简称仍然是ＪＶＥＴ，并决定将下一代视频编码标准正式命名为ＶＶＣ，在ＩＴＵ⁃Ｔ登记为Ｈ．２６６，在ＩＳＯ／ＩＥＣ登记为２３０９０⁃３［６］㊂ＶＶＣ标准对应的参考软件平台为ＶＴＭ（ＶＶＣＴｅｓｔＭｏｄｅｌ）［７］，目前最新版本是ＶＴＭ１１．２㊂
钢管在线制定ＶＶＣ有两个基本目标，其一为高压缩性能，定义一套视频编码技术，其压缩性能要远优于以往的同类标准；其二为宽应用领域，能够有效地用于比先前标准更广阔的范围㊂ＶＶＣ标准面向多种应用，如高清㊁超高清视频（ＵｌｔｒａＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＶｉｄｅｏ，ＵＨＤＶ），它们具有３８４０ˑ２１６０或７６２０ˑ４３２０图像分辨率，１０比特精度，高动态范围（ＨｉｇｈＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅ，ＨＤＲ）和宽彩ｇａｍｕｔ；再如沉浸式媒体（ＩｍｍｅｒｓｉｖｅＭｅｄｉａ），使用普通投影格式所投影的３６０ʎ全景视频（ＯｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＶｉ
ｄｅｏ）等㊂当然，ＶＶＣ同样支持先前标准中所设置的那些应用㊂本文后续部分将主要介绍ＶＣＣ所提供的新编码工具㊂从第１节到第６节共６个部分基本按照编码过程来介绍，包括图像分块㊁预测㊁变换㊁量化㊁熵编码和环路滤波等环节㊂最后是对ＶＶＣ现有成果的小结，对其后续工作和应用前景的简单说明㊂１㊀图像划分 如图１所示，ＶＶＣ在编码原理和基本结构方面没有突破，仍沿用从Ｈ．２６１就开始的基于块的混合视频编码框架，即预测加变换的分块编码方式；ＶＶＣ在编码细节上和ＨＥＶＣ很接近，也包含帧内预测㊁帧间预测㊁运动估计与补偿㊁正交变换㊁量化㊁熵编码和环路滤波等模块㊂但是，和ＨＥＶＣ相比较，ＶＶＣ几乎在每一个编码环节上都采取了一项或多项改进措施，尽管每一项措施的效率提高并不显著，然而诸多措施的总体效果确使其编码效率比ＨＥＶＣ提高了一倍㊂当然，ＶＶＣ付出的代价就是编码复杂度也比ＨＥＶＣ提高了好几倍
㊂
图１㊀Ｈ．２６６／ＶＶＣ编码框图
１．１㊀３种编码结构
ＶＶＣ与ＨＥＶＣ一样，为了应对不同应用场合，设立了３种编码结构，即全帧内（ＡｌｌＩｎｔｒａ，ＡＩ）编码㊁低延迟（ＬｏｗＤｅｌａｙ，ＬＤ）编码和随机接入（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ，ＲＡ）编码㊂在ＡＩ编码中，每一帧图像都是按帧内方式进行空间域预测编码，不使用时间参考帧㊂在ＬＤ编码中，只有第一帧图像按照帧内方式进行编码，并成为即时解码更新（ＩｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓＤｅｃｏｄｉｎｇＲｅｆｒｅｓｈ，ＩＤＲ）帧，随后的各帧都作为普通Ｐ和Ｂ帧（ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＰａｎｄＢＰｉｃｔｕｒｅ，ＧＰＢ）进行编码，这主要是为交互式实时通信设计的㊂在ＲＡ编码中，主要是分层Ｂ帧结构（ＨｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌＢＳｔｒｕｃｔｕｒｅ）帧，周期性地插入一廋随机访问（ＣｌｅａｎＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ，ＣＲＡ）帧，成为编码视频流中的随机访问点（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ，ＲＡＰ）㊂这些随机访问点可以独立解码，不需要参考码流中前面已经解码的图像帧㊂
１．２㊀图像的条／片／子图像划分
ＶＶＣ在编码时将每一帧图像都划分为相同尺寸㊁紧密排列的编码树单元（ＣｏｄｉｎｇＴｒｅｅＵｎｉｔ，ＣＴＵ），根据编码图像局部特征的不同，编码树单元又可以灵活地划分为更小的编码单元（ＣｏｄｉｎｇＵｎｉｔ，ＣＵ）㊂
和ＨＥＶＣ基本相同，ＶＶＣ允许将图像帧划分为若干条（Ｓｌｉｃｅ），条由相邻的整数个ＣＴＵ组成㊂ＶＶＣ支持两种排列类型的Ｓｌｉｃｅ，顺序扫描Ｓｌｉｃｅ模式和矩
硅胶表面电晕处理
２南京邮电大学学报（自然科学版）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年
形Ｓｌｉｃｅ模式㊂ＶＶＣ中也允许用水平和垂直的若干条边界将图像帧划分为多个矩形区域，每个区域就是一个片（Ｔｉｌｅ），每一个片包含整数个ＣＴＵ㊂ＶＶＣ的Ｓｌｉｃｅ和Ｔｉｌｅ大体上和ＨＥＶＣ一致㊂
和ＨＥＶＣ不同，ＶＶＣ还新增了矩形的子图像
（Ｓｕｂｐｉｃｔｕｒｅ）划分［５］㊂一个子图像可包含一个或多个Ｓｌｉｃｅｓ，这些Ｓｌｉｃｅｓ共同覆盖图像的一个矩形区域㊂相应地，每个子图像的边界总是Ｓｌｉｃｅ的边界㊂图２是包含Ｓｕｐｐｉｃｔｕｒｅ的划分一例，一帧图像被划分为１８个Ｔｉｌｅｓ，其中１２个较大的Ｔｉｌｅｓ在左边，每个Ｔｉｌｅ覆盖一个４ˑ４ＣＴＵ的Ｓｌｉｃｅ；其余的６个较小的Ｔｉｌｅｓ在右边，
每个覆盖２个２ˑ２ＣＴＵ的Ｓｌｉｃｅｓ，这样总共形成２４个Ｓｌｉｃｅｓ和２４个子图像（每个Ｓｌｉｃｅ就是一个子图像
）㊂
图２㊀包含ｓｕｂｐｉｃｔｕｒｅ的划分一例
１．３㊀ＣＴＵ的多类型树划分
养蜂专用车
在ＶＶＣ中为了适应４Ｋ㊁８Ｋ等高清㊁超高清视频编码的需要，将ＣＴＵ的最大尺寸扩大到１２８ˑ１２８，最小尺寸还是４ˑ４㊂ＣＴＵ可进一步分为若干编码单元（ＣＵ），最大的ＣＵ可等同于ＣＴＵ，最小的ＣＵ为４ˑ４㊂在ＨＥＶＣ中每个ＣＵ又可以划分为预测单元（ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＵｎｉｔ，ＰＵ）和变换单元（ＴｒａｎｓｆｏｒｍＵｎｉｔ，ＴＵ），但在ＶＶＣ中将不再区分ＣＵ㊁ＰＵ和ＴＵ，大多数情况下三者统一为ＣＵ㊂麦饭石杯
不同于ＨＥＶＣ，ＶＶＣ的ＣＴＵ除了４叉树划分方式外，还引进了多类型树（Ｍｕｌｔｉ⁃ＴｙｐｅＴｒｅｅ，ＭＴＴ）划分，包括２叉树（ＢｉｎａｒｙＴｒｅｅ，ＢＴ）和３叉树（ＴｅｒｎａｒｙＴｒｅｅ，ＴＴ）［８］㊂一个ＣＴＵ首先按４叉树方式进行一次划分，４叉树的每个叶子节点既可以继续４叉树划分，也可以进一步按照多类型树方式进行划分：水平或垂直２叉树划分，水平或垂直３叉树划分，如图
３所示㊂２叉树和３叉树划分可以交替并嵌套进行㊂但是需要注意，一旦采用了２叉树或者３叉树划分，就不再允许进行４叉树划分㊂
图４中给出了一个６４ˑ６４的ＣＴＵ的４叉树和嵌套多类型树划分的示例，这种划分方式可以根据图像内容自适应进行，提升了划分灵活性
㊂
图３㊀
多类型树划分模式
图４㊀４叉树和嵌套多类型树划分示例
前面介绍的是亮度ＣＴＵ的ＭＴＴ划分，对于图像的度部分，考虑到同一位置的亮度和度信号可能具有的不同特性，因而在ＶＶＣ中，Ｉ帧ＣＴＵ的亮度分量和度分量的划分方式可以不同，这时亮
度和度分量各使用一个编码树表示㊂对于Ｐ帧和Ｂ帧，则同一个ＣＴＵ中的亮度和度必须有相同的划分㊂由于度信号的亚取样影响，度信号在单独划分时禁止出现２ˑ２㊁２ˑ４或４ˑ２尺寸的度块㊂
至此可以看到，图像划分从单一㊁固定划分不断朝着多样㊁灵活的划分结构发展㊂
１．４㊀图像格式
对于输入视频和重建视频，ＶＶＣ支持
ＩＴＵ⁃ＲＢＴ．６０１建议规定的４ʒ４ʒ４㊁４ʒ２ʒ２和４ʒ
２ʒ０图像亮度（Ｙ）和度（Ｃｂ和Ｃｒ）信号的取样结构；支持的ＩＴＵ⁃ＲＢＴ．２１００的宽彩空间；最少支持
１６级高动态范围（ＨＤＲ）视频，最高亮度可达１０００／４０００／１００００尼特㊂
像素的最大比特数表示图像灰度分辨率，又称为比特深度（ＢｉｔＤｅｐｔｈ），其值通常为８比特，２５６个等级㊂这对于人眼的观赏已经足够了，但是对于编码处理或某些特殊应用场合，有时需要更高的比特深度㊂为此，ＶＶＣ支持８至１６比特深度的输入和输出视频，最常见是１０比特深度㊂
ＶＶＣ支持视频的０ １２０Ｈｚ可变帧率，以适应
不同视频应用的需求㊂支持环绕立体视频或多角度视频编码，如３６０ʎ㊁１８０ʎ等全景视频㊂
五轴深孔钻３
第２期朱秀昌，等：Ｈ．２６６／ＶＶＣ：新一代通用视频编码国际标准
至于尚存的隔行扫描（ＩｎｔｅｒｌａｃｅｄＳｃａｎｎｉｎｇ）视频，ＶＶＣ和ＨＥＶＣ一样，不再提供专门的工具，只是将隔行视频的一帧看作两个独立的场，对各个场数据分别进行编码，简化了编码器的实现㊂
１．５㊀档次㊁水平和等级
为了提供应用的灵活性，和ＨＥＶＣ一样，ＶＶＣ在附录Ａ中定义了编码的不同的档次（Ｐｒｏｆｉｌｅ）㊁水平（Ｌｅｖｅｌ）和等级（Ｔｉｅｒ）［５］㊂
档次 规定了视频编码采用什么编码工具和编码算法㊂ＶＶＣ档次规定了一套用于产生不同用途码流的编码工具或算法，共有４个主档次，即常规１０比特像素深度的Ｍａｉｎ１０，支持静止图像的Ｍａｉｎ１０ＳｔｉｌｌＰｉｃｔｕｒｅ，支持全取样的Ｍａｉｎ１０４ʒ４ʒ４，支持全取样静止图像的Ｍａｉｎ１０４ʒ４ʒ４ＳｔｉｌｌＰｉｃｔｕｒｅ㊂２个多层主档次，ＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＭａｉｎ１０和ＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＭａｉｎ１０４ʒ４ʒ４㊂档次的主要技术指标包括：像素的比特深度㊁度采样方式和解码缓存的图像容量等㊂
水平 规定了某一档次㊁等级的编码参数，如采样率㊁码率㊁压缩率㊁缓冲区容量等㊂ＶＶＣ设置了１．０，２．０，２．１，３．０，３．１，４．０，４．１，５．０，５．１，５．２，６．０，６．１，６．２共１３个水平，一个水平实际上就是一套对编码比特流的一系列编码参数的限制，如视频采样格式㊁图像分辨率（如从１７６ˑ１４４到８１９２ˑ４３２０）㊁最大输出码率等㊂如果说一个解码器具备解某一水平码流的能力，则意味着该解码器具有解码等于和低于这一水平所有码流的能力㊂
等级 规定了每一水平的比特率的高低㊂对同一水平，按照最大码率和缓存容量要求的不同，ＶＶＣ设置了两个等级，高等级（ＨｉｇｈＴｉｅｒ）和主等级（ＭａｉｎＴｉｅｒ）㊂主等级可用于大多数场合，要求码率较低；高等级可用于有特殊要求的场合，包括５．０到６．２的６个水平，允许码率较高㊂
２㊀帧内预测
２．１㊀亮度分量的预测模式
ＶＶＣ的帧内预测技术［９］的原理和ＨＥＶＣ类似，采用基于块的多方向帧内预测方式来消除图像的空间相关性，但是比ＨＥＶＣ预测方向更细㊁更灵活㊂如图５所示，ＶＶＣ为亮度预测块定义了６５种不同的基本帧内预测方向，相当于在ＨＥＶＣ帧内预测３３个方向的每两个方向中间增加一个方向，连同平面（Ｐｌａｎａｒ）和直流（ＤＣ）模式，共６７种预测模式㊂ＶＶＣ亮度帧内预测单元的尺寸从４ˑ４到６４ˑ６４，其中包含矩形单元㊂考虑到方便矩形帧内预测块的宽角度（Ｗｉｄｅ⁃Ａｎｇｌｅ）模式，ＶＶＣ的帧内预测在６５种方向的基础上分别增加了－１到－１４和６７到８０方向，共２８个方向，这样ＶＶＣ帧内预测编码总共有９３个方向
㊂
图５㊀帧内预测方向
ＤＣ模式的编码块所有像素的预测值都等于其左侧和上方已编码的所有参考像素的平均值㊂Ｐｌａｎａｒ模式的预测值由待编码的亮度块的水平和垂直两个方向上的参考像素的线性内插产生，它们一般适用于图像的平坦区域㊂
２．２㊀帧内子块划分
ＶＶＣ的帧内子块划分（ＩｎｔｒａＳｕｂ⁃Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ，ＩＳＰ）就是根据编码块的尺寸将亮度预测块在水平或垂直方向上分为２个或４个子块㊂ＶＶＣ规定每个帧内预测块至少要有１６个样点，因此４ˑ４块不再划分㊂允许ＩＳＰ划分的最小块尺寸是４ˑ８或８ˑ４，可划分为２个子块，如图６（ａ）所示；如果大于４ˑ８或８ˑ４则划分为４个子块，如图６（ｂ）所示
㊂
图６㊀帧内子块划分
２．３㊀度的跨分量线性模式
ＨＥＶＣ度块采用依附亮度块的简化预测，共有５种模式，即Ｐｌａｎａｒ㊁ＤＣ㊁水平方向㊁垂直方向和派生模式（ＤｅｒｉｖｅｄＭｏｄｅ，ＤＭ），ＤＭ直接复制对应亮度块的预测模式㊂ＶＶＣ度分量除了沿用这５种预
４南京邮电大学学报（自然科学版）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年
测模式外，还考虑到亮度和度之间的相关性，对度分量增加了一种跨分量线性模型（Ｃｒｏｓｓ⁃
ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＬｉｎｅａｒＭｏｄｅｌ，ＣＣＬＭ）预测模式㊂在ＣＣＬＭ中，度样值Ｃ（ｉ，ｊ）从同一个编码单元对应的已重建的亮度样值Ｌᶄ（ｉ，ｊ）通过线性模型预测得到，即Ｃ（ｉ，ｊ）＝α㊃Ｌᶄ（ｉ，ｊ）＋β，α和β为ＣＣＬＭ参数，可利用当前块左侧和上方相邻的像素通过计算得到㊂此外，还有单独使用左侧相邻像素预测的ＬＭ＿Ｌ模式；或者上方相邻像素预测的ＬＭ＿Ａ模式㊂这样，度分量在５种传统帧内预测模式的基础上，新增了ＣＣＬＭ㊁ＬＭ＿Ａ和ＬＭ＿Ｌ三种模式，共有８种预测模式㊂
２．４㊀多行参考帧内预测
传统的帧内预测利用和当前块紧相邻的行和列的像素作为参考像素㊂如果当前块和参考行在内容上不连续，可能会导致较大的预测误差，为此ＶＶＣ新增了多行参考（ＭｕｌｔｉｐｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｉｎｅ，ＭＲＬ）帧内预测技术，将参考行从相邻参考行０扩展为参考行０㊁参考行１和参考行３［９－１０］㊂实际预测时从３行中选择预测误差最小的参考行作为最终预测使用的最佳参考行，如图７所示㊂图７中Ａ和Ｆ区域的已重建像素与当前块距离较远，有可能引入较大的误差，因此Ａ区域的像素由Ｂ区域距离最近的像素填
充，Ｆ区域的像素由Ｅ区域距离最近的像素填充
㊂
图７㊀多行参考方式
２．５㊀帧内预测模式的编码
帧内预测时，编码器需要从多种预测模式中选
择一种最佳模式使得编码效率最优㊂如果直接对预
测模式信息进行编码，需要较多的编码比特㊂考虑
铝塑型材
到相邻块之间的帧内预测模式也存在空间相关性，
即当前块的预测模式很有可能与相邻块的预模式一
致，因此可以从相邻块的模式来预测当前块最可能
的模式（ＭｏｓｔＰｒｏｂａｂｌｅＭｏｄｅ，ＭＰＭ）［１１］㊂当前块的预测模式被划分为ＭＰＭ和其余模式，然后对这两
类模式分别编码，以提升编码效率㊂３㊀变换和量化
视频压缩中的变换是将空间域的图像信号转换
到频率域，大幅度解除了图像信号之间的相关性，为
后续的量化压缩创造条件㊂因此，选择何种变换函
数和采用什么量化方法就显得分外重要［１２－１３］㊂在ＨＥＶＣ中，对帧内预测生成的４ˑ４亮度残差
块采用离散正弦变换（ＤｉｓｃｒｅｔｅＳｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ，ＤＳＴ）
方式，对于其他的残差块，则使用离散余弦变换（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ，ＤＣＴ）方式㊂通过残差４叉树（ＲｅｓｉｄｕａｌＱｕａｄＴｒｅｅ，ＲＱＴ）对变换块系数进行排序和量化㊂
与ＨＥＶＣ不同，ＶＶＣ为了提高压缩性能，在变
换环节提供了更多可供选择的变换函数和不可分离
的二次变换，在量化环节采用了基于率失真优化的
量化方式和简洁的系数排序方式㊂
３．１㊀多变换选择
ＶＶＣ将最大变块换尺寸扩展到６４ˑ６４，在ＨＥＶＣ的ＤＣＴ⁃２变换基础上，采用了多变换选择（ＭｕｌｔｉｐｌｅＴｒａｎｓｆｏｒｍＳｅｌｅｃｔｉｏｎ，ＭＴＳ）技术，增加了ＤＳＴ⁃７和ＤＣＴ⁃８两种变换函数，形成一组候选变换函数集，成为ＶＶＣ中的主变换（ＰｒｉｍａｒｙＴｒａｎｓｆｏｒｍ）㊂对于长或宽等于６４的大尺寸变换块，直接舍弃高频变换系数，仅保留低频变换系数㊂例如，对于长宽为ＭˑＮ的块，若Ｍ等于６４，只保留左边３２列系数，若Ｎ等于６４，只保留上方３２行系数㊂
针对帧间预测的ＣＵ，ＶＶＣ还采用了子块变换（Ｓｕｂ⁃ＢｌｏｃｋＴｒａｎｓｆｏｒｍ，ＳＢＴ）技术㊂ＳＢＴ假设帧间预测残差分布的局部性，仅分布在残差块的局部１／２或１／４区域，从而降低变换系数的高频分量，减少标记残差块是否为０的编码代价，提高压缩性能㊂对不同的预测方式，编码器可以根据哪一种变换的编码效率最高来选择不同的变换方式㊂３．２㊀二次变换
由于不可分离变换比可分离变换具有更好的去
相关效果，ＶＶＣ采用了基于归零（Ｚｅｒｏ⁃Ｏｕｔ）的不可
分离二次变换（Ｎｏｎ⁃ＳｅｐａｒａｂｌｅＳｅｃｏｎｄａｒｙＴｒａｎｓｆｏｒｍ，ＮＳＳＴ）技术㊂所谓二次变换，就是对主变换系数进行第二次变换，将信号从一个变换域转换至另外一个变换域后再进行量化㊁熵编码等操作，其目的是进一步提高变换效率㊂ＡＶＣ和ＨＥＶＣ都提供了自己的二次变换技术㊂ＶＶＣ采用了ＮＳＳＴ技术对高频系数采用归零方案，也就是仅保留二次变换的低频系数，高频系数假设为０，ＮＳＳＴ也因此被称作低频不
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