信息技术先进音视频编码第16部分：广播电视视频

信息技术先进音视频编码第16部分：广播电视视频

国家标准 GB/T20090.16一2016 信息技术先进音视频编码 第16部分:广播电视视频 Informationteehnology一Advancedcodingofaudioandvideo Part16:Broadeastingvideo 2016-04-25发布 2016-11-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB:/T20090.16一2016 前 言 GB/T20090在《信息技术先进音视频编码》的总标题下,当前包括以下14个部分 -第1部分:系统; 第2部分:视频; 第3部分:音频; 第4部分;符合性测试 第5部分;参考软件; 第6部分;面向数字版权管理的可信解码器与访问协议 第 7部分;面向交互应用的视频编解码 第》部分;在P网络上传输Avs 第9部分;AVS文件格式; 10部分;移动语音和音频; 第 第11部分;同步文本; 12部分;综合场景; 第 第 13部分视频工具集; 第 16部分;广播电视视频 本部分为GB/T20090的第16部分 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本部分由全国信息技术标准化技术委员会(sAC/Tc28)提出并归口 本部分起草单位:北京大学、中央电视台、浙江大学、华为技术有限公司、北京博雅华录视听技术研 究院有限公司、广州柯维新数码科技有限公司,深圳市海思半导体有限公司、上海国茂数字技术有限公 司,清华大学、国家广播电影电视总局广播科学研究院、国家广播电影电视总局广播电视规划院、科 学院计算技术研究所、北京大学深圳研究生院、中山大学 本部分主要起草人;高文、丁文华,黄铁军、虞露,马思伟,郑莆桢,梁凡、何芸、张伟民、赵海武、张莉、 郑建毕、曾志华、王荣刚、郭晓强、邓向冬、潘晓菲、王强、董文辉、林永兵、张贤国、王振宇
GB/T20090.16一2016 引 言 GB/T20090的本部分遵循GB/T20090.22013,增加了帧级加权量化,同极性场跳过模式编码 增强场编码等技术 本部分的发布机构提请注意如下事实,声明符合本部分时,可能涉及8.2,8.4,9.2,9.3,9.4.2,9.4.5、 9.4.6.2、9.4.6.3,9.4.9、9.4.9、9.5.1、9.5.2、9.6、9.7、9.9.2.2、9.9.2.39.11、附录A和附录D相关的专利的 使用 本文件的发布机构提请注意,声明符合本文件,可能涉及65项与数字音频编解码技术相关的专利 的使用 201210033977.4,使用非固定参考场前向预测跳过模式的编码解码方法;201110300629.4,选择参 考场及获取时域运动矢量的方法;L200680014013.8， 种实现算术编解码的方法及装置 ZL200780000403.4,在编解码中的实现量化的方法和装置;ZL200710178532.4,图像编/解码方法、装置 和系统;ZL200810102353.7,运动矢量的缩放方法和装置、编解码方法和系统;ZL03148149.3,运用于图 像编码和视频编码的8×8整数变换方法和装置;ZL03115997.4,运用于图象编码和视频编码的整数变 换方法和装置;ZL03156124. 变换的8×8变换方法和装置;L03150939.8. ZL03150940.1 ZIL03143431.2,视频图像亚像素插值的方法和装置;ZI03143429.0. 方法和装置;ZL200310108470.1,视频编解码中变换系数块的扫描方法和装置;ZL.200310109484.5,信 像 息嫡保持编码方法与装置;ZI200310109499. 素精度插值的方法和装置;ZL200410017419. ZL03146301.0 和环路滤波器; 预测方法及其装置; ZL200310116085.1， 种参考图像缓冲区管理方法;ZL200310116087.0,最大宏块类型与编码块模式联 合编/解码的方法;ZL2003101l6088.5 种视频图像跳过宏块的编码方法;ZL03148029.2,用于视频编 种 码的预测图像生成方法;ZL200410006340. 种内预测模式选取方法;ZL200410029452.9 MPEG-2到AVS视频码流格式转换方法及其装置;ZL200310116089.X,固定参考数编码方式下获取 种快 图像参考块的方法;ZL03157189.1,用于视频预测残差系数编码的嫡编码方法;ZL03157078.X 速定位编码图像的方法;ZL03157076.3 输出的整数变化/反 的4输人/输出的整数变换/反变化方法;ZL.03148033.0 多视角视频编解码 变换方法;ZL03148032.2,基于位平面的不等长的量化/ 预测补偿方法及装置;L.03148030.6,用于视频编码运动矢量预测方法;ZL.20031o116090.2,直接编码 模式下确定参考图像块的方法;ZL200310100469.4 种用剪辑标识码来辅助视频剪辑的方法 ZL.03151460.X,可随机访问数据流的封装方法及其对应的数据恢复方法;ZL.200310107985.X,一种可随 机访问数据流的组织方法及其对应的解码方法;ZL.03159169.8 种视频编解码方法;ZL03120952.l -种视频图象编码方法,ZL.03152502.4;一种基于多级流水线结构的实时1/4插值方法;ZL.03156678.2 种分样本插值滤波方法;ZL200310101370.6,一种分样本插值滤波方法;ZL.200310101445.0,基于流水 线的帧内预测模式块编码加速方法;ZL200410015637.4,图像和视频信号的变换装置及其方法;
GB:/T20090.16一2016 200510061395.7,一种用于二进制化解码得到解码数据值的方法和装置;200480016912.2,一种视频宏 块模式解码方法;200680014019.5,一种二进制化方法及装置;201010135828.X,视频数据的打包、编解 码方法及装置及系统;200880001326.9,多参考图像压缩码流实现随机访问的解码方法及解码器; 200710126108.5,实现随机访问的方法及解码器(0989702CN同族);201310746046.3,表示视频图像显 示顺序的方法;201l10240524.4,运用于图像编码和视频编码的六角变换方法和装置;201110335481.8, 视频编码合并模式双向补偿方法;201310049872.2,基于颜色空间变换进行编解码误差修正的方法和系 统;201310173139.1,利用YUV与RGB空间联合修正视频编解码误差的方法;201310048281.3,一种图 像和视频编解码方法和系统;201210312587. 种快速防止出现伪起始码的方法及装置; 200410015637.4,图像和视频信号的变换装置及其方法 本部分的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场 专利持有人已向本部分的发布机构保证,他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下,就 专利授权许可进行谈判 该专利持有人的声明已在本部分的发布机构备案 联系人;黄铁军(数字音视频编解码技术标准工作组秘书长 通讯地址;北京大学理科2号楼2641室 邮政编码:100871 电子邮件;jhng@pka .edu.cn 话:十10-62756172 电 真:十10-62751638 传 网 址;http://www.avs.org,cn 请注意除上述专利外,本部分的某些内容仍可能涉及专利 本部分的发布机构不承担识别这些专 利的责任 m
GB:/T20090.16一2016 信息技术先进音视频编码 第16部分;广播电视视频 范围 GB/T20090的本部分规定了多种比特率,分辨率和质量的视频压缩方法,并且规定了解码过程 本部分适用于地面电视、有线电视、卫星电视、网络等应用 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T20090.2一2013信息技术先进音视频编码第2部分视频 术语和定义 GB/T20090.2一2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件 为了便于使用,以下重复列出了 GB/T 20090.2-2013中的某些术语和定义 3.1 保留 reserved 定义了一些特定语法元素值,这些值用于将来对本部分的扩展 注:这些值不出现在符合本部分的位流中 [GB/T20090.22013,定义2.1] 3.2 1cding 变长编码variable length 个可逆的嫡编码过程,它将短的码字分配给出现频率较高的符号,将长的码字分配给出现颜率较 低的符号 [GB/T20090,.2一2013,定义2.2] 3.3 变换系数transformcerieienm 变换域上的一个标量 [GB/T20090.2一2013,定义2.3 3.4 编码表示encdingpresentation 数据编码后的形式 [GB/T20090.22013,定义2.4门] 3.5 编码过程enedingproeess 产生符合本部分位流的过程 注本部分不规定该过程 [GB/T20090.2一2013,定义2.57
GB/T20090.16一2016 3.6 编码器 enc0der 编码过程的实现 [GB/T20090,22013,定义2.6] 3.7 编码图像codelpieture 图像的编码表示 [GB/T20090.22013,定义2.7] 3.8 标志lag 一个二值变量 [GB/T20090.22013,定义2.8] 3.g 补偿compensation 求由语法元素解码得到的样本残差与其对应的预测值之和 [GB/T20090.2一2013,定义2.9] 3.10 残差residual 样本或数据元素的重建值与其预测值之差 [GB/T20090,.2一2013,定义2.10] 3.11 参考索引 referenceindex 解码图像缓冲区中参考图像或其中场的编号 [GB/T20090.2一2013,定义2.12] 3.12 参考图像 referencepictur 解码过程中用于后续图像咖间预测的图像 [GB/T20090,22013,定义2.13幻 3.13 层layer 位流中的分级结构,高层包含低层 编码层由高到低依次为:序列、图像,条带,宏块和块 [GB/T20090.22013,定义2.14] 3.14 场fried 由构成帧的3个样本矩阵中相间的行构成 [GB/T20090.22013,定义2.15] 3.15 档次prwfile 本部分规定的语法、语义及算法的子集 [GB/T20090.,22013,定义2.16 3.16 二元符号 binarybin 组成二元符号串的符号,包括“0”和“1” [GB/T20090.2一2013,定义2.17]
GB:/T20090.16一2016 3.17 二元符号串binarybinstring 有限位二元符号组成的有序序列,最左边符号是最高有效位MSB),最右边符号是最低有效位 LSB) [GB/T20090.2一2013,定义2.18] 3.18 分量eomponent 图像的三个样值矩阵(亮度和两个色度)中的一个矩阵或矩阵中的单个样值 [GB/T20090.22013,定义2.19] 3.19 反变换inversetransformm 将变换系数矩阵转换成空域样值矩阵的过程 [GB/T20090.2一2013,定义2.20 3.20 反量化dequantization 对量化系数缩放后得到变换系数的过程 [GB/T20090.22013,定义2.21 3.21 光栅扫描rasterscan 将二维矩形光栅映射到一维光栅，一维光栅的人口从二维光栅的第一行开始,然后扫描第二行、第 三行,依次类推 光栅中的行从左到右扫描 [GB/T20090.22013,定义2.22 3.22 宏块 macroblock 包括 6×16的亮度样值块和对应的色度样值块 [GB/T20090.2-2013,定义2.24 3.23 macroblockaddress 宏块地址 从图像左上角的宏块开始,沿光棚扫描的顺序编号,起始号为0. [GB/T20090.22013,定义2.25 3.24 macroblockline 宏块行 在编码的图像相同的垂直位置,从左边界到右边界连续的宏块,其高度是16个样本 [GB/T20090.22013,定义2.26 3.25 宏块位置maeroblkpwsition 图像中一个宏块的二维坐标,表示为(.r,y) 示例;如果当前图像的两场的编码数据合并成帧,图像左上角的宏块(.r,y)=(0,0),对每个宏块列.从左到右.r依 次加1,对每个宏块行,从上到下y依次加1 如果当前图像的两场的编码数据依次出现,第一场左上角的宏块(r.y)- (0,0),对第一场的每个宏块列,从左到有工依次加l,对第一场的每个宏块行,从上到下y依次加1;第二场左上角的宏块 =(0.(H十31)>>5),H是图像垂直方向扫措行数,对第二场的每个宏块列,从左到右 依次加1,对第二场的 .ry 每个宏块行,从上到下y依次加1 [GB/T20090.2一2013,定义2.27]
GB/T20090.16一2016 3.26 后向预测baekwardpredietion 用显示顺序上将来的参考图像对当前图像进行预测 [GB/T20090.22013,定义2.287 3.27 划分 partitioning 将一个集合分为子集的过程 集合中的每个元素属于且只属于某一个子集 [GB/T20090.22013,定义2.29] 3.28 级别level 在某一档次下对语法元素和语法元素参数值的限定集合 [GB/T20090.2-2013,定义2.30 3.29 交流系数Accoeficient AC系数 二维变换域上索引号不全为0的变换系数 [GB/T20090,.22013,定义2.31 3.30 解码处理decdeproeesing 解析过程和解码过程 [GB/T20090,22013,定义2.32 3.31 解码过程 decodingprocess 由语法元素产生解码图像的过程 [GB/T20090.,22013,定义2.33幻 3.32 解码器deeder 完成解码处理的实体 [GB/T20090.22013,定义2.34们 3.33 解码顺序deedingorder 解码过程根据图像之间的预测关系,对每帧图像解码的顺序 [GB/T20090.22013,定义2.35] 3.34 解码图像decodedpicture 解码器根据位流重建的图像 [GB/T20090.2一2013,定义2.36] 3.35 解码图像缓冲区deeodedpieturebufter 保存解码图像并用于预测、输出重排序和输出定时的缓冲区 [GB/T20090.2一2013,定义2.37]
GB:/T20090.16一2016 3.36 解析过程parse 由位流获得语法元素的过程 [GB/T20090.2一2013,定义2.38] 3.37 禁止forbiddenm 定义了一些特定语法元素值,这些值不应出现在符合本部分的位流中 注:禁止某些值的目的通常是为了避免在位流中出现伪起始码 [GB/T20090.22013,定义2.39] 3.38 块block 一个(列)×N(行)的样值矩阵或者变换系数矩阵 大小为8×8的块又称为子块 注改写GBT20090.2一2013,定义2.40. 3.39 块扫描boeksean 量化系数的特定串行排序方式 [GB/T20090.2一2013,定义2.41] 3.40 亮度 luma 表示亮度信号的样值矩阵或单个样值 [GB/T20090.22013,定义2.142] 3.41 量化参数quantizationparaeter 在解码过程对量化系数进行反量化的参数 [GB/T20090.2一2013,定义2.43 3.42 量化系数qwantizationeerfieient 反量化前变换系数的值 [GB/T20090.2一2013,定义2.44] 3.43 x档次解码器x-profiledecoder 能够解码符合某档次规定的位流的解码器 [GB/T20090.22013,定义2.45 3.44 起始码startcode 长度为32位的二进制码字,其形式在整个位流中是唯一的 注;起始码有多种用途,其中之一是用来标识位流语法结构的开始 [GB/T20090.2-2013,定义2.46] 3.45 1preditetimn 前向预测forward 用显示顺序上过去的参考图像对当前图像进行预测 [GB/T20090.2一2013,定义2.47]
GB/T20090.16一2016 3.46 前向帧间解码图像forwardinterdecodelpieture P顿 帧间预测中只使用前向预测解码的图像 [GB/20090.22013,定义2.48 3.47 色度 chr0ma Cr、Cb 两种色差信号中任一种的样值矩阵或单个样值 [GB/T20090,22013,定义2.49 3.48 视频序列sequenee 编码位流的最高层语法结构,包括一个或多个连续的编码图像 [G;B/T20090.2一2013,定义2.50] 输出重排序延迟outputreorderdela 解码位流中一帧图像到输出该解码图像之间的延迟 这是由图像显示顺序和解码顺序不同造 成的 [GB/T20090.22013,定义2.51] 3.50 输出处理过程 outputprocessing 由解码图像得到输出帧或场的过程 [GB/T20090.2一2013,定义2.52 3.51 输出顺序outputorder 输出解码图像的顺序,与显示顺序相同 [GB/T20090.22013,定义2.53 3.52 双向预测bidireetionalpredietion 用显示顺序上过去和将来的参考图像对当前图像进行预测 [GB/T20090.2一2013,定义2.54] 3.53 双向顿间解码图像bidirectionalinterdecodedpicture B帧 帧间预测中使用双向预测解码的图像 [GB/T20090.22013,定义2.55] 3.54 随机访问 randomacceSS 从某一点而非位流起始点开始对位流解码并恢复出解码图像的能力 [GB/T20090.,22013,定义2.56 3.55 随机访问点randomaccesspoint 位流中能进行随机访问的点 [GB/T20090.2一2013,定义2.57]
GB:/T20090.16一2016 3.56 填充位stufingbhits 编码时插人位流中的位串,在解码时被丢弃 [GB/T20090,22013,定义2.58 3.57 条带sliee 按光栅扫描顺序排列的若干连续宏块 [GB/T20090.22013,定义2.59 3.58 条带头slieeheader 编码的条带的一部分,是条带中宏块公用数据元素的编码表示 [GB/T20090.2一2013,定义2.61 3.59 跳过的宏块skippelmacroblock 除“跳过”指示外,无其他编码数据的宏块 LGB/T20090.2一2013,定义2.62 3.60 图像重排序 picturereordering 若解码顺序和输出顺序不同,对解码图像进行重排序的过程 [GB/T20090.2一2013,定义2.63] 3.61 位串bitstring 有限位二进制位的有序序列,其最左边位是最高有效位(MSB),最右边位是最低有效位L.SB). [GB/T20090.2一2013,定义2.64] 3.62 位流bhitstream 编码图像所形成的二进制数据流 [GB/T20090.22013,定义2.65] 3.63 位流缓冲区btstreamburfer 存储位流的缓冲区 [GB/T20090.2-2013,定义2.66] 3.64 位流顺序 bitstreamorder 编码图像在位流中的排列顺序,与图像解码的顺序相同 [GB/T20090.2一2013,定义2.67 3.65 显示顺序displayorder 显示解码图像的顺序 [GB/T20090.,22013,定义2.68 3.66 样本sample 构成图像的基本元素 [GB/T20090.2一2013,定义2.697
GB/T20090.16一2016 3.67 样本宽高比widthheightratio -帧图像中亮度样本列间的水平距离与行间的垂直距离之比 表示为: h U 式中: -水平宽度; 垂直高度 [GB/T20090.2一2013,定义2.70] 3.68 样值samplevalue 样本的幅值 [GB/T20090.22013,定义2.71] 3.69 游程run 在解码过程中若干连续的相同数据元素个数 一方面指在块扫描中一个非0系数前(沿块扫描顺 序)值为0的系数的个数;另一方面指跳过的宏块的数目 [GB/T20090.22013,定义2.72] 3.70 预测prelietiom 预测过程的具体实现 [GB/T20090,.22013,定义2.73 3.71 预测过程predietionpress 使用预测器对当前解码样值或者数据元素进行估计 [GB/T20090,22013,定义2.74门 3.72 预测值predietion Vale 在样值或数据元素的解码过程中,用到的先前已解码的样值或数据元素的组合 [GB/T20090.22013,定义2.75 3.73 语法元素syntaxelement 位流中的数据单元解析后的结果 [GB/T20090.22013,定义2.76] 3.74 源 source 编码前视频素材或其某些属性 [GB/T20090.2一2013,定义2.77] 3.75 运动矢量motionveetor 用于帧间预测的二维矢量,由当前图像指向参考图像,其值为当前块和参考块之间的坐标偏移量 [GB/T20090.2一2013,定义2.78
GB:/T20090.16一2016 3.76 倾 frame 视频信号空间信息的表示,由一个亮度样本矩阵(Y)和两个色度样本矩阵(Cb和Cr)构成 [GB/T20090.22013,定义2.80] 3.77 eoadling 帧间编码 inter 使用帧间预测对宏块或图像进行编码 [GB/T20090.2一2013,定义2.81] 3.78 "ediction 帧间预测 interpre 使用先前解码图像(或场)生成当前图像(或场)样本预测值的过程 [GB/T20090.2一2013,定义2.82] 3.79 帧内编码 intracoding 使用帧内预测对宏块或图像进行编码 [GB/T20090.22013,定义2.83 3.80 帧内解码图像intradecdedpiecture I赖 只使用帧内预测解码的图像 注如果I赖采用场编码,则第一场只使用顿内预测编码 [GB/T20090.22013,定义2.84门 3.81 帧内预测intrapredietion 在相同解码图像(或场)中使用先前解码的样值生成当前样本预测值的过程 [GB/T20090.2一2013,定义2.86 3.82 直流系数DCeerfieient Dc系数 二维变换域上索引号全为0的变换系数 [GB/T20090.2一2013,定义2.79] 3.83 字节byte 8位的位串 [[GB/T20090.2一2013,定义2.87] 3.84 字节对齐bytealignment 从位流的第 二进制位开始,某二进制位的位置是8的整数倍 [GB/20090.2一2013,定义2.887 缩略语 下列缩略语适用于本文件
GB/T20090.16一2016 BufferVerifier BBV 位流参考解码器(Bitstream CBR 恒定比特率(ConstantBitRate' LsB 最低有效位(L.eastSignifieantBib) M 宏块(Macroblock) MsB 最高有效位(MostSignificantBit) Lc 变长编码(VariableLengthCoding SAR 样本宽高比(SampleAspectRatio) DAR 显示宽高比(D)isplaeyAspeetRatio 约定 5.1概述 本部分中使用的数学运算符和优先级与C语言使用的类似 但对整型除法和算术移位操作进行 了特定定义 除特别说明外,约定编号和计数从0开始 5.2算术运算符 算术运算符定义见表1 表1算术运算符定义 算术运算符 定 加法运算 减法运算(二元运算符)或取反(一元前缀运算符 乘法运算 运算,表示a的次 也可表示上标 整除运算,沿向0的取值方向截断 例如,7/4和一7/一4截断至1,一7/4和7/一4截断至一1 除法运算,不做截断或四舍五人 除法运算,不做截断或四舍五人 f(i 自变量取由a到b含b)的所有整数值时,丽数(i)的累加和 a%6 模运算,除以b的余数,其中a与力都是正整数 5.3逻辑运算符 逻辑运算符定义见表2 10o
GB:/T20090.16一2016 表2逻辑运算符定义 逻辑运算符 &.& a和b之间的与逻辑运算 a和b之间的或逻辑运算 逻辑非运算 5.4关系运算符 关系运算符定义见表3 表3关系运算符定义 关系运算符 大于或等于 小于 小于或等于 等于 不等于 5.5位运算符 位运算符定义见表4 表4位运算符定义 定义 位运算符 与运算 或运算 取反运算 将a以2的补码整数表示的形式向右移b位 仅当b取正数时定义此运算 将a以2的补码整数表示的形式向左移位 仅当b取正数时定义此运算 5.6赋值运算 赋值运算定义见表5 表5赋值运算定义 赋值运算 定义 赋值运算符 递增,r+十相当于r=r+1 当用于数组下标时,在自加运算前先求变量值t 递减,r-一相当于r=.r一1 当用于数组下标时,在自减运算前先求变量值 自加指定值,例如.工十=3相当于r =(一3)相当于r=r十(一3) =.r十3，.r十= 自减指定值,例如.r-=3相当于r=.r一3,," -3)相当于r=r-(一3)
GB/T20090.16一2016 数学函数 数学丽数定义见式(1)一式(8). Abs(.r 式中 自变量 Ceil(.r一[工 .( 式中 自变量 Clipl(.r=Clip3(0,2”一1， ? 式中: 自变量; -样本点精度 Clip3(i,i,r 其他 式中: 自变量; 下界; 上界 Median(.r,y之=.ry十又一Min(.r,Min(y,一Max(r,Max(y之) 5 式中: 自变量 .Z，y您 Min(r,y) 6 Iy 式中: 自变量 Z Max(r,y 式中 自变量 .Z .(8 Sign(.r 式中: 自变量 5.8结构关系符 结构关系符定义见表6 12
GB:/T20090.16一2016 表6结构关系符定义 定义 结构关系符 例如;a一>b表示a是一个结构,b是a的一个成员变量 5.9位流语法、解析过程和解码过程的描述方法 5.9.1位流语法的描述方法 位流语法描述方法类似C语言 位流的语法元素使用粗体字表示,每个语法元素通过名字(用下 划线分割的英文字母组,所有字母都是小写),语法和语义来描述 语法表和正文中语法元素的值用常 规字体表示 某些情况下,可在语法表中应用从语法元素导出的其他变量值,这样的变量在语法表或正文中用不 带下划线的小写字母和大写字母混合命名 大写字母开头的变量用于解码当前以及相关的语法结构， 也可用于解码后续的语法结构 小写字母开头的变量只在它们所在的小节内使用 语法元素值的助记符和变量值的助记符与它们的值之间的关系在正文中说明 在某些情况下,二 者等同使用 助记符由一个或多个使用下划线分隔的字母组表示,每个字母组以大写字母开始,也可包 括多个大写字母 位串的长度是4的整数倍时,可使用十六进制符号表示 十六进制的前缀是“ox”,例如“Oxla”表示 位串“00011010” 条件语句中0表示FAL.SE,非0表示TRUE 语法表描述了所有符合本部分的位流语法的超集,附加的语法限制在相关条中说明 表7给出了描述语法的伪代码例子 当语法元素出现时,表示从位流中读一个数据单元 表7语法描述的伪代码 伪代码 描述符 *语句是一个语法元素的描述符,或者说明语法元素的存在,类型和数值,下面给出两个例子 ue(v syntax_element conditioningstateent *花括号括起来的语句组是复合语句,在功能上视作单个语句 statement 关“while”语句测试condition是否为TRUE,如果为TRUE,则重复执行循环体,直到condition不为 TRUE whilecondition statement 13
GB/T20090.16一2016 表7(续 伪代码 描述符 *“dowhile”语句先执行循环体一次,然后测试condition是否为TRUE,如果为TRUE,则重复执 condition不为TRUE 行循环体,直到e O statement whilecondition 关“ifese”语句首先测试condition,如果为TRUE,则执行primary语句,否则执行alternative语句 如果alermative语句不需要执行,结构的"lse”部分和相关的alermative语句可忽略 condition) prmmarystatement else alternativestatement *“or”语句首先执行initial语句,然后测试condition,如果conditon为TRUE,则重复执行primary语 t语句直到 不为TRUE. 句和subsequent condition forinitialstatement;condition;subsequentstatement) pritmmarystatement 解析过程和解码过程用文字和类似c语言的伪代码描述 5.9.2函数 s 5.9.2.1说明 以下函数用于位流语法描述 假定解码器中存在一个位流指针,这个指针指向位流中要读取的下 个二进制位的位置 函数由函数名及左右圆括号内的参数构成 函数也可没有参数 5.9.2.2byte_alignedO) 如果位流的当前位置是字节对齐的,返回TRUE,否则返回FALSE 5.9.2.3nextbits(n 返回位流的随后n个二进制位,MSB在前,不改变位流指针 如果剩余的二进制位少于n,则返 回0 5.9.2.4byte_aligned_next_bits(n 如果位流当前位置不是字节对齐的,返回位流当前位置的下一个字节开始的n个二进制位,MSB 在前,不改变位流指针;如果位流当前位置是字节对齐的,返回位流随后的n个二进制位,MSB在前,不 改变位流指针 如果剩余的二进制位少于n,则返回0. 14
GB:/T20090.16一2016 5.9.2.5next tarcodleO) 在位流中寻找下一个起始码,将位流指针指向起始码前缀的第一个二进制位 丽数定义见表8 表8nextstartcode函数的定义 函数定义 描述符 nextstartcode(O stufringbit while!byte_aligned()) stufing_bhit whilenext_bits(24!='o00000000000000000000001' '00000000" stuffing_yte stuffing_byte应出现图像头之后和第一个条带起始码之前 5.9.2.6is_end_of_slice( 在位流中检测是否已达到条带的结尾,如果已到达条带的结尾,返回TRUE,否则返回FAL.sE 此函数不修改位流指针 函数定义见表9 表9is_end_of_sliee函数的定义 函数定义 描述符 is_end_ofslice( ifbyte_aligned() =0x80000001 ifnext_bits(32) returnTRUE 条带结束 else rye.aleadmsbe0 -=0x000001)&.&.is_stuffing_patern( returnTRUE;/条带结束 returnFALsE 5.9.2.7is _stattin说. pattern(O 在位流中检测当前字节中剩下的位或在字节对齐时下一个字节是否是条带结尾填充的二进制位 如果是,则返回TRUE,否则返回FALSE 此函数不修改位流指针 函数定义见表10. 15
GB/T20090.16一2016 表10is_stufing_pattern函数的定义 丽数定义 描述符 is_stufing_pattern(O) ifnextL_bits(8-n)==(1<<(7-n))) 1/n:07,为位流指针在当前字节的位置偏移,n为0时位 流指针指向当前字节最高位 returnTRUE else returnFAL.SE; 5.9.2.8read_bits(n) 返回位流的随后n个二进制位,MSB在前,同时位流指针前移n个二进制位 如果n等于“0”,则 返回0,位流指针不前移 函数也用于解析过程和解码过程的描述 5.9.3描述符 描述符表示不同语法元素的解析过程,见表11 表11描述符 描述符 说明 ae(v 高级嫡编码的语法元素 解析过程在8.4中定义 个任意取值的字节 解析过程由函数readbits(8)的返回值规定 b(8 变长编码的语法元素 解析过程在8.3中定义 ce(v f(n 取特定值的连续”个二进制位 解析过程由函数read bitsn )的返回值规定 位整数 在语法表中,如果是“v”,其位数由其他语法元素值确定 解析过程由丽数read in )的返回值规定,该返回值用高位在前的2的补码表示 bits(n 用指数哥伦布码编码的语法元素 解析过程在8.2中定义 nme() r(n 连续n个“0” 解析过程由函数readbits(n)的返回值规定 se(v 有符号整数语法元素,用指数哥伦布码编码 解析过程在8.2中定义 "位无符号整数 在语法表中,如果"是",",其位数由其他语法元素值确定 解析过程由丽 u(n 数read_bhits(n)的返回值规定,该返国值用高位在前的二进制表示 无符号整数语法元索,用指数哥伦布码编码 解析过程在8.2中定义 ue(v 5.9.4保留、禁止和标记 本部分定义的位流语法中,某些语法元素的值被标注为“保留”(reserved)或“禁止”(forbidden). “保留”定义了一些特定语法元素值用于将来对本部分的扩展 这些值不应出现在符合本部分的位 流中 16
GB:/T20090.16一2016 “禁止”定义了一些特定语法元素值,这些值不应出现在符合本部分的位流中 “标记”marker_bit)指该位的值应为“1” 位流中的"保留位"reservedL_bits)表明保留了一些语法单元用于将来对本部分的扩展,解码处理 应忽略这些位 “保留位”不应出现从任意字节对齐位置开始的21个以上连续的“o” 编码位流的结构 6.1视频序列 6.1.1概述 视频序列是位流的最高层语法结构 视频序列由序列头开始,后面跟着一个或多个编码图像,每帆 图像之前应有图像头 编码图像在位流中按位流顺序排列,位流顺序应与解码顺序相同 解码顺序可 与显示顺序不相同 序列结束码表明了一个视频序列的结束 6.1.2逐行和隔行视频序列 本部分支持两种序列:逐行序列和隔行序列 由三个样本矩阵构成,包括一个亮度样本矩阵(Y)和两个色度样本矩阵(Cb和Cr) 样本矩阵元 ,绿和蓝色信号之间的关系,包括原始信号的 素的值为整数 Y、Cb和Cr三个分量与原始的模拟)红、 色度和转移特性等可在位流中定义,这些信息不影响解码过程 场由构成帧的三个样本矩阵中相间的行构成,即帧样本矩阵的第一行、第三行、第五行等奇数行构 成 -个场,称为顶场;第二行、第四行,第六行等偶数行构成另一个场,称为底场 解码器的输出是一系列帧或场,两帧之间存在着一个帧时间间隔 对隔行序列而言,每帧图像的两 场之间存在着一个场时间间隔 对逐行序列而言,每图像的两场之间时间间隔为0. 6.1.3序列头 视频序列头由视频序列起始码开始,后面跟着一串编码图像数据 序列头可在位流中重复出现,称为重复序列头 使用重复序列头的主要目的是支持对视频序列的 随机访问 序列头后的第一个编码图像应是I 序列头后出现的P只能参考该序列头后出现的图像 在 个新的位流 对位流进行编辑或随机访同的情况下,重复序列头之前的全部数据可被丢弃,这样得到的 仍应符合本部分 6.2图像 6.2.1概述 -幅图像是一帧,其编码数据由图像起始码开始,到序列起始码,序列结束码或下一个图像起始码 结束 在位流中,隔行扫描图像的两场的编码数据可依次出现,也可合并成赖 两场数据的解码和显示顺 序在图像头中规定 图像的解码处理包括解析过程和解码过程 6.2.2图像格式 6.2.2.14:2:0格式 对于4:2;0格式,Cb和Cr矩阵水平和垂直方向的尺寸都只有Y矩阵的一半 Y矩阵的行数和 17
GB/T20090.16一2016 每行样本数都应是偶数 另外,如果图像两场的编码数据依次出现,则Y矩阵的行数还应能被4整除 亮度和色度样本位置见图1 8 8 8 8 说明 代表亮度样本; X代表色度样本 图14:2:0格式下亮度和色度样本位置 6.2.2.24:2:2格式 对于4:2:2格式,Cb和Cr矩阵在水平方向的尺寸只有Y矩阵的一半,在垂直方向的尺寸和Y相 同 Y矩阵的每行样本数应是偶数 如果图像两场的编码数据依次出现,则Y矩阵的行数也应是偶数 亮度和色度样本位置见图2. 说明 代表亮度样本; ×代表色度样本 图24:2:2格式下亮度和色度样本位置 6.2.3图像类型 本部分定义了3种解码图像 帧内解码图像(I帧); 前向帧间解码图像(P帧) 双向帧间解码图像(B帧) 6.2.4图像间的顺序 如果视频序列中没有B,解码顺序与显示顺序相同 如果视频序列中包含B帧,解码顺序与显 示顺序不同,解码图像输出显示前应进行图像重排序 图像重排序规则如下 -当前解码图像是B帧,输出由此B帧解码的图像; 18
GB:/T20090.16一2016 -当前解码图像是I帧或P帧,如果存在前一个I帧或P帧的解码图像,输出前一个I帧或P帧 的解码图像 如果不存在前一个I帧或P帧的解码图像,不输出任何解码图像; 位流解码完成后,如果缓冲区中还有未输出的解码图像,则输出该图像 下面举例说明图像重排序;I帧和P帧之间有两个B帧,两个连续的P帧之间也有两个B 用图 像11预测图像4P,用图像4P和11预测图像2B和3B 解码顺序是1l,4P,2B.3B显示顺序是1,2B,3B,4P 示例 编码器输人顺序 5 10 11 12 1 p 心 B B B 解码顺序 10 3 13 l1l 1 B B B B B P 解码器输出,即显示顺序 8 10 1 12 13 R R < 6.2.5参考图像 P帧或B倾最多可有两帧参考图像 P赖可参考前向的两帧 除B帧外,在一帧中,后解码的场还 可参考当前帧的另外一场 B帧可参考一前一后的两帧 运动矢量所指的参考像素可超出参考图像的边界,在这种情况下对超出参考图像边界的整数样本 应使用距离该整数参考样本所指位置最近的图像内的整数样本进行边界扩展 对亮度样本矩阵,参考 块的像素在水平和垂直方向均不应超出参考图像边界外16个像素 对色度样本矩阵 如果图像格式是4:2:0,参考块的像素在水平和垂直方向均不应超出参考图像边界外8个 像素 -如果图像格式是4:2:2,参考块的像素在水平方向不应超出参考图像边界外8个像素,在垂 直方向不应超出参考图像边界外16个像素 场边界扩展方法和参考图像边界扩展方法相同 6.3条带 条带是按光栅扫描顺序连续排列的若干宏块行,条带内的宏块不应重叠,条带之间也不应重叠 如果当前图像的两场数据合并成帧,条带内宏块的解码处理不应使用本图像其他条带的数据 如果当前图像的两场数据依次出现,这两场数据应属于不同的条带,条带内宏块的解码处理不应使 用同一场其他条带的数据 条带结构见图3 条带边界扩展方法和参考图像边界扩展方法相同 图3条带结构 19
GB/T20090.16一2016 6.4宏块 图像划分为宏块,宏块左上角的点不应超出图像边界 在位流中,当隔行扫描图像的两场编码数据 依次出现时,任一宏块的像素应来自同一场 宏块的划分见图4,这种划分用于运动补偿 图4中矩形里的数字表示宏块划分后运动矢量和参 考索引在位流中的顺序 1个LBx4I亮度软 个I6x8亮度块 2个8A16亮度" 4个8X8亮度块 和相应的色度块 和相应的色度块 和相应的色度块 和相应的色度块 宏块划分 图4宏块的划分 6.58×8块 在4;2:0格式下,一个宏块包括4个8×8亮度块(Y)和2个8×8色度块(1个Cb,1个Cr),见 图5 图中数字为宏块中8×8块的顺序号 图5宏块划分为8X8块(420格式 在4:2:2格式下,一个宏块包括4个8×8亮度块(Y)和4个8×8色度块(2个Cb,2个Cr),见 图6 图中数字为宏块中8×8块的顺序号 图6宏块划分为8x8块(4:2:2格式 宏块中的各个8×8块在位流中出现的顺序由图5到图6中的数字规定 2o0
GB:/T20090.16一2016 位流的语法和语义 7.1 语法描述 7.1.1起始码 起始码是一组特定的位串 在符合本部分的位流中,除起始码外的任何情况下都不应出现这些 位串 起始码由起始码前缀和起始码值构成 起始码前缀是位串“o00000000000000000000001” 所 有的起始码都应字节对齐 起始码值是一个8位整数,用来表示起始码的类型,见表12 表12 起始码值 起始码值(十六进制 起始码类型 条带起始码(slice_start_code) 00AF 视频序列起始码(video_sequence_start_code B0 视频序列结束码(video_sequence_end_code) B1 用户数据起始码(user_datastart_code 2 1图像起始码(ipicture_start_code B3 保留 B4 视频扩展起始码extension code B5 start PB图像起始码(pb_pieture_start_code B6 视频编辑码(video_edit_code) B7 保留 B8 系统起始码 B9FF 部分语法元素取特定值时可得到与起始码前缀相同的位串,称为伪起始码 符合本部分的编码器 和解码器应使用附录A定义的方法处理伪起始码问题 7.1.2视频序列语法 7.1.2.1视频序列定义 视频序列定义见表13. 表13视频序列定义 视频序列定义 描述符 video_sequence(O do 21
GB/T20090.16一2016 表13(续 视频序列定义 描述符 sequence_header( extension_and_user_data(0 do inext_its(32)==i_picture_start_code i_picture_header( Else pbpictureheader( extension_and_user_data(1 pieture_data() while(next_bits(32 pb_pieture_start_code next_bits(32)iLpieture_start_code wideo_sequence_endcode&.&.next_bits(32)!=video_ceditcode) whilenext_bits(32) ifnextits(32 =videoseuenceendcode (32 videoseguenceendc0de ifnext_bits(32) =video_edit_code videoedit_code f32 7.1.2.2序列头定义 序列头定义见表14 表14序列头定义 序列头定义 描述符 seguenceheader( video_sequence_startcode (32 profile_id u(8 level_id u(8) progressive_sequence u(1) horizontalsize u(14 u(14) verticalsize u(2 chromaformat samplepreeisionm u(3) aspect_ratio u(4 frame_rate_code u(4) bit_rate_lower u(18) 心
GB:/T20090.16一2016 表14(续 序列头定义 描述符 marker_it f(1 u(12 bit_rate_upper u(1 _dethay low marker_it (1 bb_bufrer_size u(18 reserved_bits r(3) next_start_code(O 7.1.2.3扩展和用户数据定义 扩展和用户数据定义见表15 表15扩展和用户数据定义 扩展和用户数据定义 描述符 extension_and_user_data(i while((next_bits(32) s32user_data_start_code)) extension_start_codelnex_bitsG ifnext_bits(32) extensionstartcode extension_data(iD ifnext_bits(32 user_data_start_code) user_data( 扩展数据定义见表16,用户数据定义见表17 表16扩展数据定义 扩展数据定义 描述符 extension_data(i whilenext_bits(32)==extension_start_code) (32y extensionstartc0de if(i==0)/*序列头之后 ifnext_bits(4)=='o010' 序列显示扩展* sequence_display_extension(O elseifnext_bits(4)=='o100' 版权扩展* copyright_extension(O 23
GB/T20090.16一2016 表16(续 扩展数据定义 描述符 '1o11' 摄像机参数扩展" elseifnext_bits(4)=- camera_parameters_extension(O else whilenext_bits(24" 'o00000000000000000000001' reservelextension_data_byte u(8 图像头之后* else next_bts(4)=='0100'" 版权扩展 copyright_extension(O elseifnext_bits(4)=='o111' 图像显示扩展 pieture_display_extension() elseifnext_bits(4)=='1011' 摄像机参数扩展 camera_parameters_extension(O else ='o000000000000000o0000001' whilenextits(24 u(8 reseryedextensiondatabwte 表17用户数据定义 用户数据定义 描述符 user_data( user_data_start_ce f(32 'o00000000000o000000000o1' w小hilenextits(24 b(8) userdata 7.1.2.4序列显示扩展定义 序列显示扩展定义见表18. 2
GB:/T20090.16一2016 表18序列显示扩展定义 序列显示扩展定义 描述符 sequence_display_extension( extension_id (4 videoformat u(3 u(1) Samplerange u(1) colourdescription fcolour descrlpt1on eolour_primaries u(8 transfer_charaeteristics u(8) matrix_eoeffieients u(8) u(14) display_horizomtalsize markerbit 1 display_vertieal_size u(14 stereo_packing_mode u(2 next_start_code(O 7.1.2.5版权扩展定义 版权扩展定义见表19 表19版权扩展定义 版权扩展定义 描述符 copyright_extension( extensionid (4 copwrightlag u(1 yrightid u8 copy" u(1 original_0r_copy reservedits r(7 (1) mmarkerbit u(20) copyrightnumber (1 markerbit u(22 copyrightnummber (1 markerbit u(22) copyrightnumber nextstartcode( 25

信息技术先进音视频编码第16部分：广播电视视频GB/T20090.16-2016介绍

GB/T20090.16-2016《信息技术 先进音视频编码 第16部分：广播电视视频》是我国广播电视数字化建设中的重要标准之一。该标准规定了在广播电视应用场景下使用的先进音视频编码技术。

该标准采用的先进音视频编码技术包括H.264/AVC、H.265/HEVC和MPEG-2等。其中，H.265/HEVC编码技术是一种新型的视频编码技术，相较于H.264/AVC编码技术，在保证画面质量的前提下，可以节省更多的带宽资源，从而在广播电视领域得到了广泛应用。

另外，该标准还规定了各种广播电视应用场景下的视频编码参数和比特率控制策略，以及音频编码参数和声道数等关键参数。同时，该标准还规定了各种码流传输方式，包括单路码流、多路码流和混合码流等。

在广播电视数字化建设中，采用先进音视频编码技术可以有效提高传输效率，降低传输成本，改善用户体验。因此，GB/T20090.16-2016《信息技术 先进音视频编码 第16部分：广播电视视频》的实施对于我国广播电视事业的发展具有重要意义。

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