หน่วยการเข้ารหัส ( CTU ) เป็นหน่วยประมวลผลพื้นฐานของ มาตรฐานวิดีโอ การเข้ารหัสวิดีโอประสิทธิภาพสูง (HEVC) และมีโครงสร้างที่สอดคล้องกับ หน่วย มาโครบล็อกที่ใช้ในมาตรฐานวิดีโอก่อนหน้านี้หลายมาตรฐาน^{[ 1 ] [ 2 ]} CTU ยังถูกเรียกว่าหน่วยการเข้ารหัสที่ใหญ่ที่สุด ( LCU ) อีกด้วย ^{[ 3 ]}

CTU สามารถมีขนาดระหว่าง 16×16 พิกเซลและ 64×64 พิกเซล โดยขนาดที่ใหญ่ขึ้นมักจะเพิ่มประสิทธิภาพการเข้ารหัส^{[ 4 ] [ 2 ]}มาตรฐานวิดีโอแรกที่ใช้ CTU คือ HEVC/H.265 ซึ่งกลายเป็น มาตรฐาน ITU-Tเมื่อวันที่ 13 เมษายน 2556 ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

วิธีการเข้ารหัสมาโครบล็อกถูกนำมาใช้ในมาตรฐานการเข้ารหัสวิดีโอดิจิทัลตั้งแต่H.261ซึ่งเปิดตัวครั้งแรกในปี 1988 อย่างไรก็ตาม สำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนขนาดมาโครบล็อกมาตรฐาน 16x16 ไม่สามารถลดจำนวนบิตได้ตามที่ทฤษฎีสารสนเทศและทฤษฎีการเข้ารหัสแนะนำว่าสามารถทำได้ทั้งในเชิงทฤษฎีและในทางปฏิบัติ^{[ 8 ]}

HEVC แทนที่macroblocksซึ่งเคยใช้ในมาตรฐานวิดีโอรุ่นก่อนหน้าด้วย CTU ซึ่งสามารถใช้โครงสร้างบล็อกขนาดใหญ่ขึ้นได้ถึง 64×64 พิกเซล และสามารถแบ่งย่อยภาพเป็นโครงสร้างที่มีขนาดแปรผันได้ดีขึ้น^{[ 4 ] [ 9 ]}

HEVC จะแบ่งภาพออกเป็น CTU ในขั้นต้น จากนั้น CTU จะถูกแบ่งตามส่วนประกอบความสว่าง/สีแต่ละส่วนออกเป็นบล็อกต้นไม้การเข้ารหัส (CTB) ^{[ 4 ] [ 9 ]}

CTB สามารถมีขนาด 64×64, 32×32 หรือ 16×16 โดยขนาดบล็อกพิกเซลที่ใหญ่ขึ้นมักจะเพิ่มประสิทธิภาพการเข้ารหัส^{[ 4 ]}จากนั้น CTB จะถูกแบ่งออกเป็นหน่วยการเข้ารหัส (CU) หนึ่งหน่วยหรือมากกว่านั้น เพื่อให้ขนาดของ CTU เป็นขนาดหน่วยการเข้ารหัสที่ใหญ่ที่สุดด้วย^{[ 4 ​​]}

• การจัดเรียง CU ใน CTB เรียกว่าquadtreeเนื่องจากการแบ่งย่อยส่งผลให้เกิดภูมิภาคย่อยสี่แห่ง^{[ 4 ]}
• จากนั้น CU จะถูกแบ่งออกเป็นหน่วยการทำนาย (PU) ของประเภทการทำนายภายในภาพหรือระหว่างภาพ ซึ่งสามารถแตกต่างกันในขนาดตั้งแต่ 64×64 ถึง 4×4 ^{[ 4 ] [ 9 ]}เพื่อจำกัดแบนด์วิดท์หน่วยความจำในกรณีที่เลวร้ายที่สุดเมื่อใช้การชดเชยการเคลื่อนไหวในกระบวนการถอดรหัส หน่วยการทำนายที่เข้ารหัสโดยใช้การทำนายระหว่างภาพจะถูกจำกัดขนาดขั้นต่ำไว้ที่ 8×4 หรือ 4×8 หากทำนายจากข้อมูลอ้างอิงเดียว (การทำนายแบบเอกภาค) หรือ 8×8 หากทำนายจากข้อมูลอ้างอิงสองรายการ (การทำนายแบบทวิภาค) ^{[ 4 ] [ 10 ]}
• ในการเข้ารหัสค่าตกค้างของการทำนาย CU จะถูกแบ่งออกเป็นควอดทรีของ หน่วยการแปลง DCT (TU) ^{[ 4 ] [ 11 ]} TU ประกอบด้วยสัมประสิทธิ์สำหรับการแปลงบล็อกเชิงพื้นที่และการหาปริมาณ^{[ 4 ] [ 9 ]} TU สามารถมีขนาดบล็อกพิกเซล 32×32, 16×16, 8×8 หรือ 4×4 ได้^{[ 4 ]}

ในการประชุม HEVC เดือนกรกฎาคม 2555 ได้มีการตัดสินใจโดยอิงตามข้อเสนอ JCTVC-J0334 ว่า HEVC ระดับ 5 ขึ้นไปจะต้องใช้ขนาด CTB เป็น 32×32 หรือ 64×64 ^{[ 3 ] [ 12 ]}สิ่งนี้ถูกเพิ่มเข้าไปใน HEVC ในร่างมาตรฐานสากลเป็นขีดจำกัดระดับสำหรับตัวแปร Log2MaxCtbSize ^{[ 13 ]}

Log2MaxCtbSize ได้รับการเปลี่ยนชื่อเป็น CtbSizeY ในร่าง HEVC เดือนตุลาคม 2555 และเปลี่ยนชื่ออีกครั้งเป็น CtbLog2SizeY ในร่าง HEVC เดือนมกราคม 2556 ^{[ 10 ] [ 14 ]}

การออกแบบมาตรฐานการเข้ารหัสวิดีโอส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพการเข้ารหัสสูงสุดเป็นหลัก^{[ 2 ]}ประสิทธิภาพการเข้ารหัสคือความสามารถในการเข้ารหัสวิดีโอด้วยอัตราบิตที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่ยังคงรักษาระดับคุณภาพวิดีโอไว้ได้^{[ 2 ]} HEVC ได้รับประโยชน์จากการใช้ขนาด CTB ที่ใหญ่ขึ้น^{[ 2 ]}

สิ่งนี้ได้รับการแสดงให้เห็นใน การทดสอบ อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงสุด (PSNR) ด้วยตัวเข้ารหัส HEVC HM-8.0 ซึ่งถูกบังคับให้ใช้ขนาด CTU ที่เล็กลงเรื่อยๆ^{[ 2 ]}สำหรับลำดับการทดสอบทั้งหมด เมื่อเปรียบเทียบกับขนาด CTU 64×64 พบว่าอัตราบิต HEVC เพิ่มขึ้น 2.2% เมื่อถูกบังคับให้ใช้ขนาด CTU 32×32 และเพิ่มขึ้น 11.0% เมื่อถูกบังคับให้ใช้ขนาด CTU 16×16 ^{[ 2 ]}

ในลำดับการทดสอบคลาส A ซึ่งความละเอียดของวิดีโอคือ 2560×1600 เมื่อเปรียบเทียบกับขนาด CTU 64×64 พบว่าอัตราบิต HEVC เพิ่มขึ้น 5.7% เมื่อถูกบังคับให้ใช้ขนาด CTU 32×32 และเพิ่มขึ้น 28.2% เมื่อถูกบังคับให้ใช้ขนาด CTU 16×16 ^{[ 2 ]}

การทดสอบแสดงให้เห็นว่าขนาด CTU ที่ใหญ่ขึ้นมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการเข้ารหัสมากขึ้นสำหรับวิดีโอที่มีความละเอียดสูงขึ้น^{[ 2 ]}การทดสอบยังแสดงให้เห็นว่าใช้เวลานานขึ้น 60% ในการถอดรหัสวิดีโอ HEVC ที่เข้ารหัสด้วยขนาด CTU 16×16 เมื่อเทียบกับขนาด CTU 64×64 ^{[ 2 ]}การทดสอบแสดงให้เห็นว่าขนาด CTU ที่ใหญ่ขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเข้ารหัสและลดเวลาในการถอดรหัส^{[ 2 ]}การทดสอบดำเนินการโดยใช้โปรไฟล์หลักของ HEVC โดยอิงตาม PSNR ที่เท่ากัน^{[ 2 ]}

• การเข้ารหัสวิดีโอประสิทธิภาพสูง (HEVC) - มาตรฐานวิดีโอที่รองรับ 8K UHDTV และความละเอียดสูงสุด 8192 × 4320 พิกเซล
• H.264/MPEG-4 AVC - มาตรฐานวิดีโอรุ่นก่อนหน้าของ HEVC
• VP9 - ตัวแปลงสัญญาณวิดีโอที่มีซูเปอร์บล็อก ซึ่งคล้ายกับ CTU
• มาโครบล็อก - หน่วยประมวลผลพื้นฐานที่ใช้ในมาตรฐานวิดีโอหลายมาตรฐานก่อนหน้านี้

• ภาพรวม HEVC
• ประสิทธิภาพการเข้ารหัส HEVC
• ข้อแนะนำ ITU-T H.265 - การเข้ารหัสวิดีโอประสิทธิภาพสูง