独立数据单元

为了促进并行能力和性能优化，视频编码算法通常会利用帧级（frame-level）独立性或帧级组（group of frame-level）独立性，或者将视频帧分解成独立的数据单元（切片（slices），切片组(slice groups)，瓦片（tiles） 或波前（wavefronts））。

由于运动补偿的依赖性，因此对于帧级而言，几乎没有并行性。并且即使并行化，由于帧复杂度的变化，编码和解码时间的波动也会很大，从而导致资源利用率的不平衡。另外，依赖结构（dependency structure）还可能会导致总体延迟随着帧级并行化而增加。

视频帧由一个或多个切片组成。切片是通常以光栅（raster）扫描顺序处理的一组宏块（macroblocks）。图5-2显示了划分为多个切片或切片组的视频帧。

图5-2. 视频帧划分为切片或切片组

切片主要是为了防传输错误带来的质量损失。由于切片被定义为独立的数据单元，除非有其它切片会用丢失的切片作为参考，否则切片的丢失是局部的，不会影响到其他切片。利用切片的独立属性，切片可以并行计算从而提高性能。在使用AVC编码器的实验中发现，与每帧一个切片相比，每帧四个切片可以提升5％~15％的性能，其中性能提升的幅度取决于编码参数。为了保持数据单元的独立，可能会增加每帧数据的空间冗余。因此，切片并行可能会导致明显的编码效率损失。这种编码效率损失可能会表现为视觉质量的损失。例如，在先前的AVC编码器实验中，与每帧单个切片相比，每帧四个切片导致视觉质量损失约为0.2dB~0.4dB，其中，质量损失的多少取决于编码参数。并且，如果编码器接收到每帧只有一个切片的视频序列，依赖于多切片并行处理的编码器则无法获得应有的性能提升。

H.264之后的标准中，可以将图像分成矩形瓦片：即由垂直和水平边界划分的编码树块组。与切片边界类似，瓦片边界会打破解析和预测的依赖性，从而可以独立处理瓦片。但是，诸如去块滤波器（deblocking filtering）的环路滤波器（in-loop filters）仍然可以跨越瓦片边界。瓦片允许图片分区形状，从而使得瓦片的像素点比切片具有更高的相关性，并且瓦片没有切片的头部开销。因此，与切片相比，瓦片具有更好的编码效率。但是，由于沿着瓦片边界的依赖性的破坏以及在每个瓦片开始时CABAC编码的概率性重置，与切片类似，编码效率会随着瓦片的数量增加而降低。

H.265标准中，引入波前（wavefront）来并行处理编码树块的行，每行在处理上一行的第二块之后再开始用可用的CABAC概率执行编码。这中处理过程产生了不同类型的依赖关系，但与切片和瓦片相比仍然具备独特的优势——在行边界处没有打破编码依赖性。图5-3展示了波前技术的例子。

图5-3. 适合并行处理的波前技术：对于每一行的起始宏块，CABAC的概率从上一行的第二块宏块获取

CABAC概率由前一行的第二个块而来，因此不需要改变光栅扫描顺序。与非并行比特流相比，波前提升了编码效率并且仅导致非常小的率失真（rate-distortion）差异。但是，波前依赖性意味着无法同时开始处理所有行。这导致了并行化的低效率，并且这种效率折损在多CPU中更为突出。

然而，通过重叠连续图像的执行可以降低波前并行处理的效率损失。Chi等人的实验结果表明：在3.33 GHz的12核CPU系统上解码3840×2160视频序列，重叠波前提供了近11倍的加速，而常规波前和瓦片分别提供了9.3倍和8.7倍的加速。