简论H.266与H.265、AV1、H.264对比

来源：H系列有MPEG和VCEG推出，VPX系列由谷歌推出，H.265有更高的图像质量，而AV1对于流媒体来说更加可靠且完全免费。H.265更大的预测模型实现了边缘可视化，而VP9实施更严格的编码规则，似乎可以让流媒体更加连贯和可靠。其中，H.265其压缩效率比H.264提升50%，VP9略逊于H.265，H.266编码性能最高,AV1比VP9同等质量下减少30%比特率。

压缩性能比较

0.码流结构

1.头信息

2.编解码框架差异

3.块划分结构

4.帧内预测

5.帧间预测

6.变换

7.熵编码

8.滤波

9.加速技术

10.其他技术

0.码流结构：

H.264:

NAL层（Network Abstraction Layer）：网络抽象层，主要用于网络传输。按照一定格式，对视频编码层输出的数据进行打包和封装，并提供包头（header）等信息，以在不同速率的网络上传输或进行存储

VCL层（Video Coding Layer）：视频编码层，主要用于数据编码, NAL提供围绕VCL的一层保护。在H.265/HEVC中，NAL单元根据是否装载视频编码数据被分为VCLU（Video Coding Layer NAL Unit）和non-VCLU

1.头信息

H265一个图像序列的组成：VPS+SPS+PPS+SEI+一个I帧+若干个P帧。VPS、SPS、PPS、SEI、一个I帧、一个P帧都可以称
为一个NALU。转自 H265_程序员阿周的博客-CSDN博客_h265 sei

2..编解码框架差异

H.265仍然采用混合编解码，编解码结构与H.264基本一致

H.265经典框架：

3.块划分结构：

H.264是16x16（子块的大小可以是 8X16､ 16X8､ 8X8､ 4X8､ 8X4､ 4X4非常的灵活）的宏块，

VP9可以以64×32或4×8的块来采样，支持使用 64×64 ，支持将帧分割为具有特定相似性的区域；相比H.265, VP9 支持水平或垂直细分

H.265是采用CU (CodingUnit)、PU(PredictionUnit)和TU(TransformUnit)的递归结构，四叉树划分(预测块亮度64x64-8x8，色度32X32-4X4，变换块32x32->4x4)，同时H.265增加了非对称划分模式；具体的分割过程通过两个变量来标记：分割深度(Depth)和分割标记符(Split_flag)，H.265/HEVC标准突破了之前标准对预测块、变换块大小关系的限制。由于其PU和TU直接由CU划分得到，因此二者大小没有确定的关系。一个PU可能包含多个TU，一个TU也可能跨越多个PU.

H.266在此基础上除了四叉树划分，增加了三叉树和二叉树划分。

思考：是否可以不规则形划分呢？比如三角形、圆形、椭圆、六边形等等。

4.帧内预测：

H.264中4×4和8×8块包含9种预测模式，16×16块包含4种预测模式;

VP9有10种帧内预测模式；

H.265有33种帧内角度预测模式+DC（上、左取平均）+planer；与H.264/AVC相比，H.265/HEVC增加使用了左下方块的边界像素作为当前块的参考;

H.266有65种帧内亮度角度预测模式，实际上有65+10+10=85种，根据宽高比再选；增加ISP（对块的进一步划分技术）;PDPC技术，结合了未滤波的参考像素和滤波后的参考像素,增加MIP模式；CCLM模式；

注：Planar 模式适用于像素值缓慢变化的区域，它使用水平和垂直方向的两个线性滤波器，并将二者的平均值作为当前块像素的预测值。DC 模式适用于大面积平坦区域，当前块预测值可由其左侧和上方参考像素的平均值得到。角度模式主要用于视频内容中不同方向的纹理。

5.帧间预测：

帧类型结构：H.265用了HIERACLE-B结构

mv精度：H.265是 $\frac{1}{4}$ 像素精度（色度 $\frac{1}{8}$ ），并使用了更多的临近像素点进行亚像素精度插值。预测模式：SKIP,DIRECT,MERGE（5个候选MV），AMVP(2个候选MV)。

H.266提高到 $\frac{1}{16}$ 的像素精度;

VP9 帧间预测使用 ⅛ 像素进行运动补偿，有作为参考帧的不可显示帧，不可显示帧上有平均得来的双向预测。

参考列表：

H.265用两个参考列表，每一个都拥有16个参照项，但是唯一图片的最大数量是8。

H.266中merger模式有6个candidate，相对于H.265增加了TMVP , HMVP改变，

6.变换

H.264整数DCT 4X4 8X8;哈达玛变换

VP9 和HEVC都支持4x4-32x32的变换块大小。 DCT 在帧内编码宏块中，垂直和水平变换路径中的一者或两者会是 DST

HEVC 4X4 DST; Transform_skip模式：transform_skip_flag，该模式对文本桌面视频有较好效果； RQT 技术基于四叉树的自适应变换技术；没有哈达玛变换

HEVC 内部比特深度增加：为了保证中间预测、变换以及量化过程中的内部比特精度，以达到更好的压缩性能

HEVC仅采纳了4点DST7用于帧内预测残差的变换，对于其它尺寸和帧间预测残差仍然采用DCT2；

H.266有不可分离的二次变换lfnst；对预测残差采用多候选变换的方案MTS（Multiple Transform Selection）能够更好地适应预测残差动态变化的统计特性，并且显著地进一步提高变换增益。针对帧间变换技术，子块变换技术(Sub-block Transform，SBT)

7.熵编码：

H.264采用整数离散余弦变换（DCT），CABAC压缩（无损，CABAC也是给高频数据短码，给低频数据长码。同时还会根据上下文相关性进行压缩），两个I帧之间是一个图像序列GOP。

VP9 支持四种变换大小：32x32、16x16、8x8 和 4x4。这些变换与其他大多数编码一样，是 DCT 的近似整数。在帧内编码宏块中，垂直和水平变换路径中的一者或两者会是 DST（离散正弦变换）。

HEVC的熵编码使用了两种算术编码：CABAC和CAVLC。CAVLC主要用于编码SEI、参数集、片头等，剩下的所有数据和语法元素均使用CABAC来编码。

H.265：zigzag扫描：ACS 技术，垂直扫描，水平扫描，对角扫描。

8.滤波：

H.265增加了SAO

H.266中增加了ALF, 亮度7x7，色度5x5

VP9 每块可以选择三种不同的子像素插值滤波器：

正常的第 8 像素/平滑的第 8 像素，可以进行平滑或模糊预测/锐利的第 8 像素，可以进行锐利预测

9.加速技术

H.265增加了Tile以及WPP等并行工具集以提高编码速度

Tile将图像分割为矩形区域一个Tile块为基本的并行单元,可以同时存在某些Slice中包含多个Tile和某些Tile中包含多个Slice的情况。

WPP: 全称为wavefront parallel process，以LCU行为基本的编码单位。

以一行LCU块为基本的并行单元，每一行LCU为一个子码流

10.其他

VP9对运动矢量的第 8 像素精度、三种可切换的子像素插值滤波器、参考运动矢量、熵编码、环路滤波、ADST、DCT 等进行优化

H.264 Level：对视频的描述，Level越高，视频的码率、分辨率、fps越高

H.266:色度联合编码JCCR

HEVC IBDI 技术

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