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HEVC编码技术解析

一、CTU（Coding Tree Unit）

树形编码单元（CTU）是HEVC视频编码中的核心概念，用于将一帧图像划分为多个互不重叠的编码单元（CTU）。每个CTU的大小相同，可选为64×64、32×32或16×16，这确保了所有CTU在视频序列中具有统一的尺寸。

CTU内部结构复杂，包括一个LxL的亮度编码块（CTB）以及两个色度编码块（CTB），其尺寸可根据编码器设置而变化。为了实现这一划分，CTU采用了树形结构，该结构在实际编码中能够灵活应对不同类型的图像内容。

二、CB（Coding Block）

CB是HEVC编码中的基本单位，用于描述图像的静态信息。在实际编码过程中，CB的大小通常较大（如64×64）以便于容纳更多的图像细节。CB的划分是基于预测类型决策的，如果CB过大，可能会影响运动矢量（帧间预测）或帧内预测的执行效果。因此，CB在预测阶段通常会被进一步划分为更小的单位，如PB。

三、CU（Coding Unit）

CU是CB和色度信息结合后形成的编码单元。每个CU包含亮度CB和两个色度CB，以及相应的语法元素。CU的划分方式基于树形结构，在实际编码中可根据需要进行分层分割。CU的划分能够提升编码效率，同时确保图像细节的处理更加准确。

四、PB（Prediction Block）与PU（Prediction Unit）

PB是CB在预测阶段划分后的单位，用于表示图像的运动或帧内预测结果。根据预测方式的不同，PB的大小和划分方式可能会有所差异。例如，帧间预测通常使用较长的PB来容纳较大的预测范围。

PU是预测过程的基本单位，包含亮度PB、两个色度PB以及相应的预测信息。PU不仅规定了编码单元的预测模式，还包含了帧间预测的参考图像索引和运动矢量信息。PU是整个预测过程的核心单元。

五、TB（Transform Block）与TU（Transform Unit）

预测完成后，系统需要对原始图像与预测图像之间的残差（差异）进行变换处理。CB在这个过程中可能需要进一步划分为更小的单位，即TB。每个TB包含亮度TB和两个色度TB，负责将高频成分和低频成分分开处理。

TU由亮度TB和两个色度TB组成，是进行变换和量化的基本单元。与CB不同，TU的划分能够更精细地处理图像细节，提高编码效率。

六、Slice（片）

在实际编码中，一幅图像可以被划分为多个垂直条带，每个条带称为片（Slice）。片的划分方式主要基于CTU的扫描顺序，确保CTU的编码过程能够独立进行。每个片的编码结果彼此独立，不会影响其他片的解码过程。

根据预测类型，片可以分为以下几种：

• I Slice：仅使用帧内预测。
• P Slice：在I Slice的基础上还可以使用帧间预测。
• B Slice：在P Slice的基础上，每个预测块（PB）可以使用两个帧间预测参考图像。

不同类型的Slice在编码时会遵循不同的约束条件，但它们的主要目的是确保解码过程能够正确同步。

七、Tile（瓷砖）

HEVC相比AVC引入了Tile概念，将图像水平和垂直划分为多个矩形区域，每个区域称为Tile。Tile的划分主要基于CTU的分布情况，旨在提升编码的并行处理能力，同时确保不同区域的错误累积不会影响整体编码结果。

Tile的划分与Slice的划分是相互独立的，某个Slice可以包含多个Tile，而一个Tile也可以包含多个Slice。Tile的设计能够有效地促进多核处理和并行编码，同时避免误差的扩散。

通过对CTU、CB、CU、PB、PU、TB、TU、Slice和Tile等关键概念的深入理解，可以全面掌握HEVC视频编码技术的核心原理。这一技术在提升编码效率和压缩性能方面具有显著优势。

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