コーディングツリーユニット

コーディングツリーユニット（CTU ）は、高効率ビデオコーディング（HEVC）ビデオ規格の基本的な処理単位であり、概念的には以前のいくつかのビデオ規格で使用されていたマクロブロック単位の構造に対応しています。[1] [2] CTUは最大コーディングユニット（LCU ）とも呼ばれます。[3]

CTUのサイズは16×16ピクセルから64×64ピクセルまでで、通常はサイズが大きいほど符号化効率が向上します。[4] [2] CTUを使用する最初のビデオ規格はHEVC/H.265で、2013年4月13日にITU-T規格となりました。 [5] [6] [7]

歴史

マクロブロック符号化方式は、1988年に初めてリリースされたH.261以来、デジタルビデオ符号化規格で使用されてきました。しかし、誤り訂正と信号対雑音比の観点から、標準の16x16マクロブロックサイズでは、情報理論と符号化理論が理論的かつ実用的に可能であると示唆するようなビット削減を実現することはできません。[8]

技術的な詳細

HEVCは、以前のビデオ規格で使用されていたマクロブロックを、最大64×64ピクセルのより大きなブロック構造を使用でき、画像を可変サイズの構造に分割できるCTUに置き換えます。[4] [9]

HEVCは最初に画像をCTUに分割し、次に各輝度/色差成分ごとにコーディングツリーブロック（CTB）に分割します。[4] [9]

CTBは64×64、32×32、または16×16のサイズがあり、ピクセルブロックサイズが大きいほど符号化効率が向上します。[4] CTBは1つ以上の符号化単位（CU）に分割されるため、CTUのサイズは最大の符号化単位サイズになります。[4]

  • CTB内のCUの配置は、細分化によって4つの小さな領域が形成されるため、四分木と呼ばれます。 [4]
  • CUは、64×64から4×4までのサイズを持つ、ピクチャ内予測またはピクチャ間予測のいずれかの予測単位（PU）に分割されます。[4] [9]デコード処理で動き補償を適用する際のメモリ帯域幅のワーストケースを制限するために、ピクチャ間予測を使用して符号化された予測単位は、単一の参照から予測される場合（単方向予測）は8×4または4×8の最小サイズに制限され、2つの参照から予測される場合（双方向予測）は8×8の最小サイズに制限されます。[4] [10]
  • 予測残差を符号化するために、CUはDCT変換単位（TU）の4分木に分割される。[4] [11] TUには空間ブロック変換と量子化のための係数が含まれる。[4] [9] TUは32×32、16×16、8×8、または4×4のピクセルブロックサイズをとることができる。[4]

標準化

2012年7月のHEVC会議では、提案JCTVC-J0334に基づいて、HEVCレベル5以上では32×32または64×64のCTBサイズの使用が必須と決定されました。[3] [12]これは、Log2MaxCtbSize変数のレベル制限として、国際標準草案でHEVCに追加されました。[13]

Log2MaxCtbSizeは2012年10月のHEVCドラフトでCtbSizeYに改名され、その後2013年1月のHEVCドラフトでCtbLog2SizeYに改名されました。[10] [14]

コーディング効率

ほとんどのビデオ符号化規格の設計は、主に最高の符号化効率を実現することを目的としています。[2]符号化効率とは、一定のビデオ品質を維持しながら、可能な限り低いビットレートでビデオをエンコードする能力です。[2] HEVCは、より大きなCTBサイズを使用することでメリットを得ています。[2]

これは、HM-8.0 HEVCエンコーダを使用したピーク信号対雑音比（PSNR）テストで示されており、このテストでは、徐々に小さいCTUサイズを使用するように強制されました。 [2]すべてのテストシーケンスについて、64×64 CTUサイズと比較すると、32×32 CTUサイズを強制的に使用した場合、HEVCビットレートは2.2％増加し、16×16 CTUサイズを強制的に使用した場合、HEVCビットレートは11.0％増加することが示されました。[2]

クラスAのテストシーケンスでは、ビデオの解像度が2560×1600で、64×64 CTUサイズと比較すると、32×32 CTUサイズを強制的に使用した場合にHEVCビットレートが5.7％増加し、16×16 CTUサイズを強制的に使用した場合にHEVCビットレートが28.2％増加することが示されました。[2]

テストでは、高解像度のビデオでは、大きなCTUサイズがコーディング効率にとってさらに重要になることが示されました。[2]また、テストでは、16×16 CTUサイズでエンコードされたHEVCビデオのデコードに、64×64 CTUサイズでエンコードされたビデオよりも60％長くかかることが示されました。[2]テストでは、大きなCTUサイズによってコーディング効率が向上し、デコード時間も短縮されることが示されました。[2]テストは、同等のPSNRに基づくHEVCのメインプロファイルを使用して実施されました。[2]

CTUサイズを小さくした場合のビデオビットレートの増加[2]
ビデオテストシーケンス
64×64 CTUと比較した ビデオエンコードで使用される最大CTUサイズ
64×64 CTU 32×32 CTU 16×16 CTU
クラスA（2560×1600ピクセル） 0% 5.7% 28.2%
クラスB（1920×1080ピクセル） 0% 3.7% 18.4%
クラスC（832×480ピクセル） 0% 1.8% 8.5%
クラスD（416×240ピクセル） 0% 0.8% 4.2%
全体 0% 2.2% 11.0%
エンコード時間 100% 82% 58%
デコード時間 100% 111% 160%

参照

参考文献

  1. ^ GJ Sullivan; J.-R. Ohm; W.-J. Han; T. Wiegand (2012年5月25日). 「高効率ビデオ符号化（HEVC）規格の概要」（PDF） . IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology 符号化の新たな所有権：GilbertLeeGrimaldoJr.(c)(r)(tm) . 2013年4月26日閲覧。
  2. ^ abcdefghijklm GJ Sullivan; Heiko Schwarz; Thiow Keng Tan; Thomas Wiegand (2012年8月22日). 「ビデオ符号化規格の符号化効率の比較 - 高効率ビデオ符号化（HEVC）を含む」(PDF) . IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . 2013年4月26日閲覧.
  3. ^ Gary Sullivan、Jens-Rainer Ohm (2012年10月13日). 「Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) 第10回会議報告、スウェーデン・ストックホルム、2012年7月11～20日」. JCT-VC . 2013年4月28日閲覧。
  4. ^ abcdefghijk GJ Sullivan; J.-R. Ohm; W.-J. Han; T. Wiegand (2012年5月25日). 「高効率ビデオ符号化（HEVC）規格の概要」（PDF） . IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . 2013年4月26日閲覧。
  5. ^ "ITU-T ホーム : 研究グループ : ITU-T 勧告 : ITU-T H.265 (04/2013)". ITU。 2013-04-13 。2013 年 4 月 16 日に取得。
  6. ^ "AAP 推奨: H.265". ITU。 2013-04-13 。2013 年 4 月 16 日に取得。
  7. ^ “AAP発表第09号”. ITU。 2013-04-15 。2013 年 4 月 16 日に取得。
  8. ^ 「x264開発者の日記 » ウェーブレットの問題点」。2014年1月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年2月6日閲覧。
  9. ^ abcd 「高効率ビデオ符号化（HEVC）の説明」JCT-VC. 2011年1月1日. 2012年9月15日閲覧。
  10. ^ ab 「高効率ビデオ符号化（HEVC）テキスト仕様草案10（FDISおよび同意用）」。JCT-VC。2013年1月17日。 2013年1月24日閲覧。
  11. ^ Thomson, Gavin; Shah, Athar (2017). 「HEIFとHEVCの紹介」(PDF) . Apple Inc. 2019年8月5日閲覧。
  12. ^ Wade Wan; Tim Hellman (2012年7月3日). 「コーディングツリーブロックサイズへのレベル制限の追加」 JCT-VC . 2012年9月22日閲覧。
  13. ^ 「高効率ビデオ符号化（HEVC）テキスト仕様草案8」 JCT-VC. 2012年7月28日. 2012年7月31日閲覧。
  14. ^ 「高効率ビデオ符号化（HEVC）テキスト仕様草案9」. JCT-VC. 2012年10月22日. 2012年10月23日閲覧。
  • HEVCの概要
  • HEVCコーディング効率
  • ITU-T勧告H.265 - 高効率ビデオ符号化
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