HEVC的并行解码语法和条带结构Slice和Tile

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首先是Slice和Tile这两个我一直弄不清楚的概念

1.Slice

一幅图像可以被划分为一个或多个片或称为条带（Slice），每个片的数据编码都是独立的。

如下图，一幅图像被划分为N个Slice，Slice成条带形。在编码时，每一个Slice中的CTU按光栅扫描顺序进行编码。



Slice头信息无法通过前一个Slice的头信息推断得到，这就要求Slice不能跨过它的边界来进行帧内或帧间预测，但环路滤波器可以跨越Slice进行滤波。使用Slice的主要目的是当数据丢失后能再次保证解码同步。（个人理解：如果Slice1的信息丢失，不会影响到整个图像，编码端读取到Slice2的头信息后，就可以重新同步）

这里加入两个概念方便理解接下来的内容：参考图像集合和参考图像表

图序计数（picture order count，POC）用以标识解码完成作为参考的图像。这些图像组成参考图像集（reference picture set，RPS）。解码图像缓存中保存两个参考图像表list 0和list 1，，单向预测时，选取二者之一作为参考，双向预测时，两个list中各选择一个作为参考。

每个slice可携带的最大比特数通常受限，因此根据视频场景的运动程度，slice所包含的的CTU数量可能有很大不同。

根据编码类型，Slice可以分为：

(1)I Slice:该Slice中所有CU的编码过程都使用帧内预测。

(2)P Slice:在I Slice的基础上，该Slice中的CU还可以使用帧间预测，每个预测块（PB）使用至多一个运动补偿预测信息。P Slice只使用图像参考列表list0。

(3)B Slice:在P Slice的基础上，B Slice中的CU也可以使用帧间预测，但是每个PB可以使用至多两个运动补偿预测信息。B Slice可以使用图像参考列表list 0和list 1。

这里有个问题：Slice和IPB帧的关系，是不是I帧只有I Slice P帧只有P Slice B帧只有B Slice？：谢谢慢慢积累博客博主岳麓吹雪的解答：I帧里面只能有I slice P帧里面可以有I、P slice B帧里面可以有I、B、P slice

一个独立的Slice可以进一步划分为若干个条带片段Slice segment（SS），包括一个独立SS和若干个依赖SS。

如图Slice以独立SS作为开始，一个SS包含整数个CTU（至少一个）。预测过程不可以跨越Slice边界，但是可以跨越依赖SS边界，一个Slice中的SS之间可以相互参考。（注意此处SS不是Slice啊，是它的一个片段）



2.Tile

在HEVC中一幅图像可以划分为若干个Tile（这是相比AVC的优化改进），即从从水平和垂直方向将图像分割为若干个矩形区域，把这些矩形区域称为Tile。

下图是一种划分的示例，划分的Tile并不要求均匀分布，整幅图像被划分为9个Tile，每个Tile都是矩形。通常每个Tile包含的CTU数据近似相等。



每个Tile包含整数个CTU，其可以独立编码，在编码时，每一个Tile包含的CTU按照扫描顺序进行编码。划分Tile的主要目的是增强并行处理能力而不引入新的错误扩散，（另外个人理解引入Tile可以对视频进行多分辨率编码）。

3、Slice与Tile的关系

一幅图像可以被划分为若干个Slice，也可以划分为若干个Tile，两者划分的目的都是为了进行独立编码。某些Slice中可以包含多个Tile，同样某些Tile中也可以包含多个Slice。Tile包含的CTU个数和Slice中的CTU个数互不影响。

不同点：

划分方式：Tile为矩形，Slice为条带形。

组成结构：Slice由一系列的SS组成，一个SS由一系列的CTU组成。而Tile直接由一系列CTU组成。

Slice/SS和Tile要遵循的一些基本原则，每个Slice/SS和Tile之间至少满足以下两个条件之一：

(1)一个Slice/SS中的所有CTU属于同一个Tile。

例如下图中一幅图像的每一个Slice的所有CTU都属于同一个Tile。



(2)一个Tile中所有CTU属于同一个Slice/SS。

如下图，一幅图像在垂直方向被划分为三个Tile，这三个Tile中各自的所有CTU都属于同一个Slice。



HEVC引入了三种新技术来增强并行处理能力和条带结构的封装性。

（1）Tiles：将图像分割为矩形区域的选项。其主要目的增强并行处理性能而非容错性。Tiles是图像中共享头信息编码但是可以独立解码的区域，并可在空间域作为图像的随机接入点。通常，每一个tile中包含的CTU的数目是接近于相等的。Tile提供了一种简单的并行处理模式，不需要复杂的线程同步。

（2）波前并行处理：该模式中，条带被分割成CTU的行。第一行按正常处理，第二行在第一行两个CTU完成后开始处理，第三行在第二行的两个CTU处理完成后开始处理,以此类推。通常该方法的压缩性能高于tiles。

（3）依赖性条带分割：允许依赖于某一特定波前入口点或者tile的数据在一个独立的NAL单元中携带传输。只有在其他条带的部分数据解码完成后，才能解码一个依赖性条带的波前入口点。（每个NAL 单元包括：一组对应于视频编码数据的 NAL 头信息和一个原始字节序列负荷（RBSP）。 头信息中包含着一个可否丢弃的指示 标记，标识着该NAL单元的丢弃能否引起错误扩散，一般，如果NAL单元中的信息不用于构建参考图像，则认为可以将其丢弃；最后包含的是NAL单元的类型信息，暗示着其内含有效载荷的内容。 送到解码器端的NAL单元必须遵守严格的顺序，如果应用程序接收到的NAL单元处于乱序，则必须提供一种恢复其正确顺序的方法。）