新一代視訊編碼國際標準
資料提供／東華大學電機工程學系 教授陳美娟、研究生林杰儒；資料整理／記者江思婷
隨著多媒體視訊的普及與通訊技術的進步，視訊的應用已經是日常生活中不可或缺的一部分，在我們生活中的每個角落隨處可見: 透過社群軟體分享生活中的視訊影音；在家就可以擁有2K、甚至4K高解析度的視訊娛樂；3D電影為我們帶來了更貼近真實的視覺感受；裸眼3D電視牆打著身歷其境的廣告。
在現代高解析度、3D立體視訊的需求下，視訊資料量大幅提升，然而目前最先進的視訊編碼的標準隨著這樣的需求下到底有什麼特點呢?為什麼又需要制定視訊編碼國際標準呢?
為了減少視訊資料量與因應各種需求，專家、學者與公司大廠皆發展了許多視訊壓縮與編碼的演算法，為了使世界各國所壓縮編碼的視訊都能夠通用，視訊編碼聯合團隊(Joint Collaborative Team on Video Coding, JCT-VC)制定了最新一代的視訊編碼國際標準，最主要的目的為因應現代多媒體視訊的需求，制定通用的國際標準，將視訊資料做有效壓縮，降低視訊的傳輸資料量與節省儲存空間。
最新一代的視訊編碼標準為高效率視訊編碼(High Efficiency Video Coding, HEVC/H.265)，編碼架構變得比之前的國際標準更複雜，其中使用更多的運算單位：編碼單位(Coding Unit, CU)、預測單位(Prediction Unit, PU)與轉換單位(Transform Unit, TU)。相較於過去的視訊編碼標準，HEVC的編碼單位CU與預測單位PU提供了多元化的尺寸選擇，讓HEVC能夠有效編碼與壓縮現代高解析度的視訊。可調式高效率視訊編碼(High Efficiency Video Coding Scalable Extension, SHVC)為HEVC的延伸標準之一，在編碼端可將視訊依照不同解析度、畫面率或不同影像品質分層編碼，編碼出基礎層(Base Layer)與增強層(Enhancement Layer)，而在接收端可以依照硬體配置及需求，或考慮網路傳輸環境，有效的傳輸所需的視訊位元串流。
若用戶端為超高解析度顯示器且網路環境優良，在傳輸時即可傳輸完整的視訊位元串流(基礎層與增強層)，欣賞高解析度的視訊，若使用者裝置為一般的手機且在網路狀況一般的情況下使用，那麼在傳輸時只需傳輸基礎層的視訊位元串流即可符合使用者及環境需求，可以大幅提升傳輸效率。
3D-HEVC為最新的三維視訊編碼標準，同時也為HEVC的延伸標準，3D-HEVC在輸入端的視訊格式為多視角的彩色影像與景深圖(Multi-View plus Depth Map, MVD)，景深圖(Depth Map)為灰階影像，像素值變化由0至255，記錄場景遠近距離。3D-HEVC在編碼端也提供更多先進的編碼技術應用，視角間可運用視差向量(Disparity Vector)進行視角間預測，也可透過彩色影像與景深圖間(Inter-Component)的相關性進行預測。
3D-HEVC在解碼端也能夠有更豐富的運用，完整解碼出所有的視訊串流，可以透過視角合成技術(Depth-Image-Based Rendering, DIBR)合成出中間多個虛擬視角，進而藉由特殊顯示器播放出自由視角視訊(Free-Viewpoint Video)；也能夠只解碼各個視角的彩色視訊部分，合成出3D立體影像；當然也可以只解碼單一視角的彩色視訊播放一般的2D影片。
視訊多媒體需求的提升，也促進了視訊編碼技術的進步，然而視訊編碼國際標準有相當大的編碼複雜度，對於即時編解碼與硬體設計都是需要克服的議題，相信這些挑戰在專家學者與工程師的努力下，都能順利解決。
週四, 07 十二月 2017 08:25
（本文原刊載於東方報，感謝提供轉載）