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19 Mar 2015

Nueve herramientas usadas en el códec HEVC. (I)

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En un post anterior se realizó una introducción del códec HEVC y de los diferentes perfiles que se contemplan para este códec, por lo que dejé para dos posts posteriores una ampliación de las nueve herramientas de codificación usadas en el códec HEVC. En este primer post y quizás por su amplitud solo se tratará una de las herramientas utilizadas que se denomina Unidad de codificación en árbol.

  1. Unidad de codificación en árbol en HEVC

Cuando se utiliza en la codificación HEVC la unidad de codificación en árbol, debemos saber que es la unidad de procesamiento básico y corresponde a una estructura de macrobloque ésta divide cada trama en CTU’s (Coding Tree Unit) las cuales, a su vez, se pueden dividir en 64x64, 32x32 o 16x16. Una CTU es una unidad lógica, es decir una partición lógica de una imagen de vídeo.

 CTU-RA

                                       Figura©tilanotv.com. Dimensiones de diferentes CTUs.

Cuando trabajamos con el códec HEVC sabemos que una imagen de vídeo esta dividida en unidades de codificación en árbol (CTU, también se denominan CTB o bloques de codificación en árbol) y que a su vez, un CTU es un bloque cuadrado que es como si fuese la raíz de un árbol que se divide siempre en cuatro ramas, o sea, la codificación en árbol.

Hemos visto que una CTU puede estar compuesta por un tamaño que va desde las 8x8 hasta 64x64 muestras de luminancia, pero por lo general suele ser de 64x64. Siguiendo la estructura de árbol, una CTU se divide a su vez en cuadrados más pequeños llamados unidades de codificación (CU, también se le denominan CB o bloques codificados) los cuales también están divididos en bloques de predicción (PB) y bloques de transformada (TB).

 CTU-H265

                                     Figura©tilanotv.com. Desglose de un frame en el códec HEVC.

Como se ha comentado antes, después de que el CTU se divida de forma indefinida y repetitiva en CUs, cada uno de estos últimos se divide mediante el mismo procedimiento en TBs basados en un planteamiento de árbol cuádruple. Esta estructura, o sea, la de árbol cuádruple residual (RQT) también nos va a permitir tamaños que van desde los 4x4 hasta las 32x32 muestras de luminancia.

Esta unidad lógica de la que hablábamos (CTU) esta compuesta por las componentes de píxel Y,Cb y Cr.

Para explicar esto de una forma más fácil, vamos a suponer que cada píxel esté muestreado en 4:2:0 para una CTU de 64x64 muestras, así que tendría 64x64 muestras de Y, 32x32 muestras de Cb y 32x32 de Cr.

 CTU

                                 Figura©tilanotv.com. Desglose de un CTU en el códec HEVC.

El tamaño que tiene una CTU es un parámetro que se codifica en el conjunto de la secuencia. Para un mejor rendimiento del HEVC, éste se subdivide en otro tipo de bloques (los cuales pueden tener estructuras de tamaño variable), así que a continuación vamos a ver como se desgrana cada CTU:

  • Cada CTU esta compuesta por tres CTB (Coding Tree Blocks), o sea que cada CTU tendría un Y CTB, un Cb CTB y un Cr CTB, por lo que podríamos decir que un CTB es realmente una unidad de memoria de datos y un CTU es una unidad lógica.
  • Cada CTB está dividido a su vez en bloques de codificación (CB) y como se comentó anteriormente, el tamaño de estos bloques pueden ser de 64x64, 32x32, de 16x16 o de 8x8 en un formato de árbol cuádruple.

 CU

                    Figura©tilanotv.com. Desglose de un CU en el códec HEVC.

Cada CU tendrá un Y CB, un Cb CB y un Cr CB. Cada bloque de CB se divide en bloques de predicción (PB) y bloques de transformada (TB).

En una figura que aparecerá en el siguiente post relacionado con el HEVC, se puede apreciar el diagrama de bloques del decodificador de vídeo HEVC con filtrado de bucle, donde éste último se muestra resaltado. Como se puede examinar, es una conexión en cascada de dos etapas – es decir, una filtración de desbloqueo (DBLK) y una filtración adaptativa de la muestra en offset (SAO) para eliminar artefactos de bloqueo que se producen durante la codificación de vídeo. A continuación se analiza estas dos etapas más pormenorizadamente.

Como se puede comprobar, esta herramienta de compresión es altamente efectiva y un elemento diferenciador del códec HEVC. Si tienes más datos sobre este sistema puedes dejar un comentario más adelante.

Fuentes consultadas:

R-REC-BT.2020-0

http://www.projectorreviews.com/technical_blog/ultra-hd-video-standards-move-forward/

http://www.projectorreviews.com/technical_blog/4k-video-sources/

http://en.wikipedia.org/wiki/4K_UHDTV

RECOMENDACIÓN UIT-R BT.1845-1

REPORT ITU-R BT.2246-3

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