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H.265:网络视频的高清时代
2013-02-05 14:59:29   编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接
 
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去年八月,爱立信公司推出了首款H.265编解码器,而在仅仅六个月之后,国际电联(ITU)就正式批准通过了HEVC/H.265标准,标准全称为高效视频编码(High Efficiency Video Coding),相较于目前的H.264标准有了相当大的改善。

H.265旨在在有限带宽下传输更高质量的网络视频,仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频。这也意味着,我们的智能手机、平板机等移动设备将能够直接在线播放1080p的全高清视频。H.265标准也同时支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清视频。可以说,H.265标准让网络视频跟上了显示屏“高分辨率化”的脚步。

可能在几个月内,你就能看到支持H.265解码的设备上市了(如智能手机、显卡等)。H.264统治了过去的五年,而未来的五年甚至十年,H.265很可能将会成为主流。

H.265:网络视频的高清时代

为什么H.265优于H.264

在讨论H.265有哪些提升和优点之前,我们不妨先来了解一下H.264。

H.264,也称作MPEG-4 AVC(Advanced Video Codec/高级视频编码),是一种视频压缩标准,同时也是一种被广泛使用的高精度视频的录制、压缩和发布格式。H.264因其是蓝光光盘的一种编解码标准而著名,所有蓝光播放器都必须能解码H.264。更重要的是,因为苹果公司当初毅然决然抛弃了Adobe VP6编码,选择了H.264,这个标准也就随着数亿台iPad和iPhone走入了千家万户,成为了目前视频编码领域的绝对霸主,占有超过80%的份额。H.264也被广泛用于网络流媒体数据、各种高清晰度电视陆地广播以及卫星电视广播等领域。

​H.264相较于以前的编码标准有着一些新特性,如多参考帧的运动补偿、变块尺寸运动补偿、帧内预测编码等,通过利用这些新特性,H.264比其他编码标准有着更高的视频质量和更低的码率,也因此受到了人们的认可。

H.265/HEVC的编码架构大致上和H.264/AVC的架构相似,主要也包含,帧内预测(intra prediction)、帧间预测(inter prediction)、转换 (transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding)等模块,但在HEVC编码架构中,整体被分为了三个基本单位,分別是:编码单位(coding unit,CU)、预测单位(predict unit,PU) 和转换单位(transform unit,TU )。

比起H.264/AVC,H.265/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率,以编码单位来说,H.264中每个宏块(marcoblock/MB)大小都是固定的16x16像素,而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64

以下图为例,信息量不多的区域(颜色变化不明显,比如车体的红色部分和地面的灰色部分)划分的宏块较大,编码后的码字较少,而细节多的地方(轮胎)划分的宏块就相应的小和多一些,编码后的码字较多,这样就相当于对图像进行了有重点的编码,从而降低了整体的码率,编码效率就相应提高了。

H.265:网络视频的高清时代

同时,H.265的帧内预测模式支持33种方向(H.264只支持8种),并且提供了更好的运动补偿处理和矢量预测方法。

反复的质量比较测试已经表明,在相同的图象质量下,相比于H.264,通过H.265编码的视频大小将减少大约39-44%。由于质量控制的测定方法不同,这个数据也会有相应的变化。

通过主观视觉测试得出的数据显示,在码率减少51-74%的情况下,H.265编码视频的质量还能与H.264编码视频近似甚至更好,其本质上说是比预期的信噪比(PSNR)要好。

这些主观视觉测试的评判标准覆盖了许多学科,包括心理学和人眼视觉特性等,视频样本非常广泛,虽然它们不能作为最终结论,但这也是非常鼓舞人心的结果。

H.265:网络视频的高清时代
H.264与H.265编码视频的主观视觉测试对比,我们可以看到后者的码率比前者大大减少了

目前的HEVC标准共有三种模式:Main、Main 10、Main Still Picture。Main模式支持8bit色深(即红绿蓝三色各有256个色度,共1670万色),Main 10模式支持10bit色深,将会用于超高清电视(UHDTV)上。前两者都将色度采样格式限制为4:2:0。预期将在2014年对标准有所扩展,将会支持4:2:2和4:4:4采样格式(即提供了更高的色彩还原度),和多视图编码(例如3D立体视频编码)。

事实上,H.265和H.264标准在各种功能上有一些重叠,例如,H.264标准中的Hi10P部分就支持10bit色深的视频。另一个H.264的部分(Hi444PP)还可以支持4:4:4色度抽样和14bit色深。在这种情况下,H.265和H.264的区别就体现在前者可以使用更少的带宽来提供同样的功能,其代价就是设备计算能力:H.265编码的视频需要更多的计算能力来解码。

目前已经有支持H.265解码的芯片发布了——博通公司在今年1月初的CES大展上发布了一款Brahma BCM7445芯片,它是一个采用28纳米工艺的四核处理器,可以同时转码四个1080P视频数据流,或解析分辨率为4096×2160的H.265编码超高清视频。

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