高效率視訊編碼的層級與等級

高效率視訊編碼的層級與等級是指在高效率視訊編碼（HEVC/H.265）標準中，為了应对不同應用的需求，因此制定了「層級」（tier）_{註：目前沒有公定譯名}與「等級」（level）_{註：目前沒有公定譯名}將其編碼出來的位元流做了限制^[1]^[2]。低的層級相較於高的層級會有更多的限制，同樣低的等級相較於高的等級會有更多的限制。當一個解碼器符合給定了的層級與等級，代表此解碼器也被要求必須能解碼用該層級/等級及較低層級/等級所編碼出來的位元流。

層級Tiers

層級的制定是為了面對不同的應用，對其最大位元率做限制。HEVC標準中定義了Main以及High兩種層級，Main tier的層級較High tier來得低。Main tier是為了大部分的應用而設計，High tier則是為了應付高要求的應用而設計。

等級Levels

等級為位元流設定了一組限制。HEVC標準中定義了13個等級，其限制包含了該位元流的：

最大亮度（luma）取樣率
最大亮度畫面大小
最小壓縮比
畫面中最大slice數量
畫面中最大tile數量

當等級低於4時，只有Main tier被允許使用。

各層級與等級的最大屬性值

各層級與等級的最大屬性值列表^[2]^[3]
Level	最大亮度取樣率（取樣數/秒）	最大亮度畫面大小（取樣數）	最大位元率於 Main及Main 10 profile （kbit/s）^[A]		最大位元率於 Main 12 profile （kbit/s）		最大位元率於 Main 4:4:4 12 profile （kbit/s）		最大位元率於 Main 4:4:4 16 Intra profile （kbit/s）		畫面解析度範例@最大畫面更新率^[B] (MaxDpbSize^[C]) 按此顯示/隱藏其他例子	MinCR^[D]	最大 slice數量^[E]	最大 tile數量^[F]
Level	最大亮度取樣率（取樣數/秒）	最大亮度畫面大小（取樣數）	Main tier	High tier	Main tier	High tier	Main tier	High tier	Main tier	High tier	畫面解析度範例@最大畫面更新率^[B] (MaxDpbSize^[C]) 按此顯示/隱藏其他例子	MinCR^[D]	最大 slice數量^[E]	行數	列數
1	552,960	36,864	128	-	192	-	384	-	1024	-	128×96@33.7（6） 176×144@15.0（6）	2	16	1	1
2	3,686,400	122,880	1,500	-	2,250	-	4,500	-	12,000	-	176×144@100.0（16） 320×240@45.0（6） 352×240@37.5（6） 352×288@30.0（6）	2	16	1	1
2.1	7,372,800	245,760	3,000	-	4,500	-	9,000	-	24,000	-	320×240@90.0（12） 352×240@75.0（12） 352×288@60.0（12） 352×480@37.5（6） 352×576@33.3（6） 640×360@30.0（6）	2	20	1	1
3	16,588,800	552,960	6,000	-	9,000	-	18,000	-	48,000	-	352×480@84.3（12） 352×576@75.0（12） 640×360@67.5（12） 720×480@42.1（8） 720×576@37.5（8） 960×540@30.0（6）	2	30	2	2
3.1	33,177,600	983,040	10,000	-	15,000	-	30,000	-	80,000	-	720×480@84.3（12） 720×576@75.0（12） 960×540@60.0（8） 1280×720@33.7（6）	2	40	3	3
4	66,846,720	2,228,224	12,000	30,000	18,000	45,000	36,000	90,000	96,000	240,000	1,280×720@68.0（12） 1,280×1,024@51.0（8） 1,920×1,080@32.0（6） 2,048×1,080@30.0（6）	4	75	5	5
4.1	133,693,440	2,228,224	20,000	50,000	30,000	75,000	60,000	150,000	160,000	400,000	1,280×720@136.0（12） 1,280×1,024@102.0（8） 1,920×1,080@64.0（6） 2,048×1,080@60.0（6）	4	75	5	5
5	267,386,880	8,912,896	25,000	100,000	37,500	150,000	75,000	300,000	200,000	800,000	1,920×1,080@128.0（16） 2,048×1,024@127.5（16） 2,048×1,080@120.0（16） 2,048×1,536@85.0（12） 2,560×1,920@54.4（8） 3,672×1,536@46.8（8） 3,840×2,160@32.0（6） 4,096×2,160@30.0（6）	6	200	11	10
5.1	534,773,760		40,000	160,000	60,000	240,000	120,000	480,000	320,000	1,280,000	1,920×1,080@256.0（16） 2,048×1,024@255.0（16） 2,048×1,080@240.0（16） 2,048×1,536@170.0（12） 2,560×1,920@108.8（8） 3,672×1,536@93.7（8） 3,840×2,160@64.0（6） 4,096×2,160@60.0（6）	8
5.2	1,069,547,520		60,000	240,000	90,000	360,000	180,000	720,000	480,000	1,920,000	1,920×1,080@300.0（16） 2,048×1,024@300.0（16） 2,048×1,080@300.0（16） 2,048×1,536@300.0（12） 2,560×1,920@217.6（8） 3,672×1,536@187.5（8） 3,840×2,160@128.0（6） 4,096×2,160@120.0（6）	8
6	1,069,547,520	35,651,584	60,000	240,000	90,000	360,000	180,000	720,000	480,000	1,920,000	3,840×2,160@128.0（16） 4,096×2,048@127.5（16） 4,096×2,160@120.0（16） 4,096×2,304@113.3（12） 7,680×4,320@32.0（6） 8,192×4,320@30.0（6）	8	600	22	20
6.1	2,139,095,040		120,000	480,000	180,000	720,000	360,000	1,440,000	960,000	3,840,000	3,840×2,160@256.0（16） 4,096×2,048@255.0（16） 4,096×2,160@240.0（16） 4,096×2,304@226.6（12） 7,680×4,320@64.0（6） 8,192×4,320@60.0（6）	8
6.2	4,278,190,080		240,000	800,000	360,000	1,200,000	720,000	2,400,000	1,920,000	6,400,000	3,840×2,160@300.0（16） 4,096×2,048@300.0（16） 4,096×2,160@300.0（16） 4,096×2,304@300.0（12） 7,680×4,320@128.0（6） 8,192×4,320@120.0（6）	6

^A Profile的最大位元率是基於profile的位元深度（bit depth）、彩度（chroma）取樣和profile type，三者的組合來決定的。Profile是12-bit的時候最大位元率增加1.5倍，16-bit profile時則增加為2倍。當彩度取樣是4:2:2 profile時最大位元率增加1.5倍，4:4:4 profile時則增加2倍。當使用Intra profile時最大位元率增加2倍^[3]。

^B HEVC支援的最大畫面更新率為300fps^[2]。

^C MaxDpbSize是decoded picture buffer允許的最多畫面張數。當畫面是在該等級下最大的大小時，MaxDpbSize均為6。而當目前畫面相較於該等級的最大畫面大小限制來的小時，MaxDpbSize可以用4/3×、2×、4×的倍數，漸進增加到最多16張畫面^[1]^[2]。

^D MinCR是該等級的最小壓縮比^[2]。在4:2:2和4:4:4彩度取樣的profiles下，MinCR限制減少到其基本值的一半；在Intra profiles則是其值減半^[3]。

^E 最大slice數量是在最大解析度及最大畫面更新率下，每張畫面中能允許的最大slice數量^[2]^[4]。

^F 最大tile數量是每張畫面中能允許的最大tile數量。而每秒允許最大tile數量的計算方式，為每張畫面允許的最大tile數量乘以120^[2]^[5]。

參見

高效能視訊編碼
超高畫質電視（Ultra high definition television, UHDTV） - Digital video formats with resolutions of 3840×2160 and 7680×4320
H.264/MPEG-4 AVC - 相較於高效能視訊編碼（HEVC）的前一代標準
VC-1 - 微軟開發的視訊編碼標準

參考資料

^ ^1.0 ^1.1 G.J. Sullivan; J.-R. Ohm; W.-J. Han; T. Wiegand. Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard (PDF). IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology. 2012-05-25 [2012-09-14]. （原始内容存档 (PDF)于2020-01-08）.
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 ^2.4 ^2.5 ^2.6 H.265 : High efficiency video coding. ITU. 2013-06-07 [2013-06-07]. （原始内容存档于2021-01-01）.
^ ^3.0 ^3.1 ^3.2 David Flynn; Matteo Naccari; Chris Rosewarne; Karl Sharman; Joel Sole; Gary Sullivan; Teruhiko Suzuki. High Efficiency Video Coding (HEVC) Range Extensions text specification: Draft 7. JCT-VC. 2014-04-06 [2014-04-06]. （原始内容存档于2014-04-07）.
^ Minhua Zhou. AHG9: on number of slices constraint. JCT-VC. 2012-10-01 [2012-11-27]. （原始内容存档于2021-02-24）.
^ Minhua Zhou. AHG9: on number of tiles constraint. JCT-VC. 2012-10-01 [2012-11-27]. （原始内容存档于2021-02-24）.