高效率视频编码的层级与等级

高效率视频编码的层级与等级是指在高效率视频编码（HEVC/H.265）标准中，为了应对不同应用的需求，因此制定了“层级”（tier）注：目前没有公定译名与“等级”（level）注：目前没有公定译名将其编码出来的比特流做了限制[1][2]。低的层级相较于高的层级会有更多的限制，同样低的等级相较于高的等级会有更多的限制。当一个解码器符合给定了的层级与等级，代表此解码器也被要求必须能解码用该层级/等级及较低层级/等级所编码出来的比特流。

层级Tiers

层级的制定是为了面对不同的应用，对其最大比特率做限制。HEVC标准中定义了Main以及High两种层级，Main tier的层级较High tier来得低。Main tier是为了大部分的应用而设计，High tier则是为了应付高要求的应用而设计。

等级Levels

等级为比特流设置了一组限制。HEVC标准中定义了13个等级，其限制包含了该比特流的：

  1. 最大亮度（luma）采样率
  2. 最大亮度画面大小
  3. 最小压缩比
  4. 画面中最大slice数量
  5. 画面中最大tile数量

当等级低于4时，只有Main tier被允许使用。

各层级与等级的最大属性值

各层级与等级的最大属性值列表[2][3]
Level 最大
亮度采样率
（取样数/秒） 		最大
亮度画面大小
（取样数） 		最大比特率于
Main及Main 10 profile
（kbit/s）[A]		 最大比特率于
Main 12 profile
（kbit/s） 		最大比特率于
Main 4:4:4 12 profile
（kbit/s） 		最大比特率于
Main 4:4:4 16 Intra profile
（kbit/s） 		画面分辨率示例@最大画面更新率[B]
(MaxDpbSize[C])
按此显示/隐藏其他例子
 MinCR[D] 最大
slice数量[E]

 最大
tile数量[F]
Main tier High tier Main tier High tier Main tier High tier Main tier High tier 行数 列数
1 552,960 36,864 128 - 192 - 384 - 1024 -
128×96@33.7（6）
176×144@15.0（6） 		2 16 1 1
2 3,686,400 122,880 1,500 - 2,250 - 4,500 - 12,000 -
176×144@100.0（16）
320×240@45.0（6）
352×240@37.5（6）
352×288@30.0（6） 		2 16 1 1
2.1 7,372,800 245,760 3,000 - 4,500 - 9,000 - 24,000 -
320×240@90.0（12）
352×240@75.0（12）
352×288@60.0（12）
352×480@37.5（6）
352×576@33.3（6）
640×360@30.0（6） 		2 20 1 1
3 16,588,800 552,960 6,000 - 9,000 - 18,000 - 48,000 -
352×480@84.3（12）
352×576@75.0（12）
640×360@67.5（12）
720×480@42.1（8）
720×576@37.5（8）
960×540@30.0（6） 		2 30 2 2
3.1 33,177,600 983,040 10,000 - 15,000 - 30,000 - 80,000 -
720×480@84.3（12）
720×576@75.0（12）
960×540@60.0（8）
1280×720@33.7（6） 		2 40 3 3
4 66,846,720 2,228,224 12,000 30,000 18,000 45,000 36,000 90,000 96,000 240,000
1,280×720@68.0（12）
1,280×1,024@51.0（8）
1,920×1,080@32.0（6）
2,048×1,080@30.0（6） 		4 75 5 5
4.1 133,693,440 20,000 50,000 30,000 75,000 60,000 150,000 160,000 400,000
1,280×720@136.0（12）
1,280×1,024@102.0（8）
1,920×1,080@64.0（6）
2,048×1,080@60.0（6） 		4
5 267,386,880 8,912,896 25,000 100,000 37,500 150,000 75,000 300,000 200,000 800,000
1,920×1,080@128.0（16）
2,048×1,024@127.5（16）
2,048×1,080@120.0（16）
2,048×1,536@85.0（12）
2,560×1,920@54.4（8）
3,672×1,536@46.8（8）
3,840×2,160@32.0（6）
4,096×2,160@30.0（6） 		6 200 11 10
5.1 534,773,760 40,000 160,000 60,000 240,000 120,000 480,000 320,000 1,280,000
1,920×1,080@256.0（16）
2,048×1,024@255.0（16）
2,048×1,080@240.0（16）
2,048×1,536@170.0（12）
2,560×1,920@108.8（8）
3,672×1,536@93.7（8）
3,840×2,160@64.0（6）
4,096×2,160@60.0（6） 		8
5.2 1,069,547,520 60,000 240,000 90,000 360,000 180,000 720,000 480,000 1,920,000
1,920×1,080@300.0（16）
2,048×1,024@300.0（16）
2,048×1,080@300.0（16）
2,048×1,536@300.0（12）
2,560×1,920@217.6（8）
3,672×1,536@187.5（8）
3,840×2,160@128.0（6）
4,096×2,160@120.0（6） 		8
6 1,069,547,520 35,651,584 60,000 240,000 90,000 360,000 180,000 720,000 480,000 1,920,000
3,840×2,160@128.0（16）
4,096×2,048@127.5（16）
4,096×2,160@120.0（16）
4,096×2,304@113.3（12）
7,680×4,320@32.0（6）
8,192×4,320@30.0（6） 		8 600 22 20
6.1 2,139,095,040 120,000 480,000 180,000 720,000 360,000 1,440,000 960,000 3,840,000
3,840×2,160@256.0（16）
4,096×2,048@255.0（16）
4,096×2,160@240.0（16）
4,096×2,304@226.6（12）
7,680×4,320@64.0（6）
8,192×4,320@60.0（6） 		8
6.2 4,278,190,080 240,000 800,000 360,000 1,200,000 720,000 2,400,000 1,920,000 6,400,000
3,840×2,160@300.0（16）
4,096×2,048@300.0（16）
4,096×2,160@300.0（16）
4,096×2,304@300.0（12）
7,680×4,320@128.0（6）
8,192×4,320@120.0（6） 		6
A Profile的最大比特率是基于profile的比特深度（bit depth）、彩度（chroma）取样和profile type，三者的组合来决定的。Profile是12-bit的时候最大比特率增加1.5倍，16-bit profile时则增加为2倍。当彩度取样是4:2:2 profile时最大比特率增加1.5倍，4:4:4 profile时则增加2倍。当使用Intra profile时最大比特率增加2倍[3]。
B HEVC支持的最大画面更新率为300fps[2]。
C MaxDpbSize是decoded picture buffer允许的最多画面张数。当画面是在该等级下最大的大小时，MaxDpbSize均为6。而当目前画面相较于该等级的最大画面大小限制来的小时，MaxDpbSize可以用4/3×、2×、4×的倍数，渐进增加到最多16张画面[1][2]。
D MinCR是该等级的最小压缩比[2]。在4:2:2和4:4:4彩度取样的profiles下，MinCR限制减少到其基本值的一半；在Intra profiles则是其值减半[3]。
E 最大slice数量是在最大分辨率及最大画面更新率下，每张画面中能允许的最大slice数量[2][4]。
F 最大tile数量是每张画面中能允许的最大tile数量。而每秒允许最大tile数量的计算方式，为每张画面允许的最大tile数量乘以120[2][5]。

参见

  • 高性能视频编码
  • 超高清电视（Ultra high definition television, UHDTV） - Digital video formats with resolutions of 3840×2160 and 7680×4320
  • H.264/MPEG-4 AVC - 相较于高性能视频编码（HEVC）的前一代标准
  • VC-1 - 微软开发的视频编码标准

参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 G.J. Sullivan; J.-R. Ohm; W.-J. Han; T. Wiegand. Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard (PDF). IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology. 2012-05-25 [2012-09-14]. （原始内容存档 (PDF)于2020-01-08）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 H.265 : High efficiency video coding. ITU. 2013-06-07 [2013-06-07]. （原始内容存档于2021-01-01）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 David Flynn; Matteo Naccari; Chris Rosewarne; Karl Sharman; Joel Sole; Gary Sullivan; Teruhiko Suzuki. High Efficiency Video Coding (HEVC) Range Extensions text specification: Draft 7. JCT-VC. 2014-04-06 [2014-04-06]. （原始内容存档于2014-04-07）. 
  4. ^ Minhua Zhou. AHG9: on number of slices constraint. JCT-VC. 2012-10-01 [2012-11-27]. （原始内容存档于2021-02-24）. 
  5. ^ Minhua Zhou. AHG9: on number of tiles constraint. JCT-VC. 2012-10-01 [2012-11-27]. （原始内容存档于2021-02-24）. 

外部链接