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什麽是H.265?
发布作者: 文章来源: 发布时间:2014-12-18 16:39:28 浏览次数: 字號:

H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的視頻編碼標准。H.265标准围绕着现有的視頻編碼標准H.264,保留原來的某些技術,同時對一些相關的技術加以改進。新技術使用先進的技術用以改善碼流、編碼質量、延時和算法複雜度之間的關系,達到最優化設置。具體的研究內容包括:提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢複能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低複雜度等。H264由于算法優化,可以低于1Mbps的速度實現標清數字圖像傳送;H265則可以實現利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P(分辨率1280*720)普通高清音視頻傳送。

2012年8月,愛立信公司推出了首款H.265[1] 編解碼器,而在僅僅六個月之後,國際電聯(ITU)就正式批准通過了HEVC/H.265標准,標准全稱爲高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding),相較于之前的H.264標准有了相當大的改善,中國華爲公司擁有最多的核心專利,是該標准的主導者。
H.265旨在在有限帶寬下傳輸更高質量的網絡視頻,僅需原先的一半帶寬即可播放相同質量的視頻。這也意味著,我們的智能手機、平板機等移動設備將能夠直接在線播放1080p的全高清視頻。H.265標准也同時支持4K(4096×2160)8K(8192×4320)超高清視頻。可以說,H.265標准讓網絡視頻跟上了顯示屏“高分辨率化”的腳步。
可能在幾個月內,你就能看到支持H.265解碼的設備上市了(如智能手機、顯卡等)。H.264統治了過去的五年,而未來的五年甚至十年,H.265很可能將會成爲主流。

H.263可以2~4Mbps的传输速度实现标准清晰度广播级数字电视(符合CCIR601、CCIR656标准要求的720*576);而H.264由于算法优化,可以低于2Mbps的速度实现标清数字图像传送;H.265 High Profile 可实现低于1.5Mbps的传输带宽下,实现1080p全高清视频传输。
除了在編解碼效率上的提升外,在對網絡的適應性方面H.265也有顯著提升,可很好運行在Internet等複雜網絡條件下。

在運動預測方面,下一代算法將不再沿襲“宏塊”的畫面分割方法,而可能采用面向對象的方法,直接辨別畫面中的運動主體。在變換方面,下一代算法可能不再沿襲基于傅立葉變換的算法族,有很多文章在討論,其中提請大家注意所謂的“超完備變換”,主要特點是:其MxN的變換矩陣中,M大于N,甚至遠大于N,變換後得到的向量雖然比較大,但其中的0元素很多,經過後面的熵編碼壓縮後,就能得到壓縮率較高的信息流。
關于運算量,H.264的壓縮效率比MPEG-2提高了1倍多,其代價是計算量提高了至少4倍,導致高清編碼需要100GOPS的峰值計算能力。盡管如此,仍有可能使用2013年的主流IC工藝和普通設計技術,設計出達到上述能力的專用硬件電路,且使其批量生産成本維持在原有水平。5年(或許更久)以後,新的技術被接受爲標准,其壓縮效率應該比H.264至少提高1倍,估計對于計算量的需求仍然會增加4倍以上。隨著半導體技術的快速進步,相信屆時實現新技術的專用芯片的批量生産成本應該不會有顯著提高。因此,500GOPS,或許是新一代技術對于計算能力的需求上限。

H.265/HEVC的編碼架構大致上和H.264/AVC的架構相似,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)、熵編碼(entropy coding)等模块,但在HEVC編碼架構中,整體被分爲了三個基本單位,分別是:編碼單位(coding unit,CU)、預測單位(predict unit,PU) 和轉換單位(transform unit,TU )
比起H.264/AVC,H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率,以編碼單位來說,H.264中每個宏塊(macroblock/MB)大小都是固定的16x16像素,而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64
以下圖爲例,信息量不多的區域(顔色變化不明顯,比如車體的紅色部分和地面的灰色部分)劃分的宏塊較大,編碼後的碼字較少,而細節多的地方(輪胎)劃分的宏塊就相應的小和多一些,編碼後的碼字較多,這樣就相當于對圖像進行了有重點的編碼,從而降低了整體的碼率,編碼效率就相應提高了。
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同時,H.265的幀內預測模式支持33種方向(H.264只支持8種),並且提供了更好的運動補償處理和矢量預測方法。
反複的質量比較測試已經表明,在相同的圖象質量下,相比于H.264,通過H.265編碼的視頻大小將減少大約39-44%由于質量控制的測定方法不同,這個數據也會有相應的變化。
通過主觀視覺測試得出的數據顯示,在碼率減少51-74%的情況下,H.265編碼視頻的質量還能與H.264編碼視頻近似甚至更好,其本質上說是比預期的信噪比(PSNR)要好。
這些主觀視覺測試的評判標准覆蓋了許多學科,包括心理學和人眼視覺特性等,視頻樣本非常廣泛,雖然它們不能作爲最終結論,但這也是非常鼓舞人心的結果。
H.264與H.265編碼視頻的主觀視覺測試對比,我們可以看到後者的碼率比前者大大減少了
截止2013年的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)。
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事實上,H.265和H.264標准在各種功能上有一些重疊,例如,H.264標准中的Hi10P部分就支持10bit色深的視頻。另一個H.264的部分(Hi444PP)還可以支持4:4:4色度抽樣和14bit色深。在這種情況下,H.265和H.264的區別就體現在前者可以使用更少的帶寬來提供同樣的功能,其代價就是設備計算能力:H.265編碼的視頻需要更多的計算能力來解碼。
已经有支持H.265解码的芯片发布了——博通公司在2013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编码超高清視頻。
截止2013年,有線電視和cpcp彩票登录廣播主要采用仍舊是MPEG-2標准。好消息是,H.265標准的出台最終可以說服廣播電視公司放棄垂垂老矣的MPEG-2,因爲同樣的內容,H.265可以減少70-80%的帶寬消耗。這就可以在現有帶寬條件下輕松支持全高清1080p廣播。但是另一方面,電視廣播公司又很少有想要創新的理由,因爲大多數有線電視公司在他們的目標市場中面臨的競爭實在是有限。出于節省帶寬的目的,反而是衛星電視公司可能將會率先采用H.265標准。
從長遠角度看,H.265標准將會成爲超高清電視(UHDTV)的4K和8K分辨率的選擇,但這也會帶來其它問題,比如2013年還極少有原生4K分辨率的視頻內容。H.265標准的完成意味著內容擁有者在2013年已經有了一個對應的理論標准,但是他們在2013年還沒有一個統一的方式來傳送內容。
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標清(SD)、高清(HD)和8K分辨率超高清(UHD)視頻大小對比圖
蓝光光盘协会(The Blu-ray Disc Association)正在研究在蓝光光盘标准中支持4K分辨率视频的方法,但是这可没那么简单。理论上H.264在扩展后就可以拥有这个功能,但是到那时码率问题又会浮出水面。一个H.264编码的4K蓝光电影需要的存储空间远大于相同内容的H.265版本,其大小可高达100G以上,而现有的播放器也不支持100-128GB的高容量可刻录可擦写光盘(BDXL)。
到目前爲止,仍然沒有一個妥善解決方案,可以將4K分辨率視頻加入已有的藍光標准中並且不破壞其兼容性。雖然更新到H.265標准並不需要對光盤制造工藝進行改進,但卻需要制造全新的播放器才能將新的藍光光盤播放出來,雖然截止2013年的有些播放器可以播放高密度光盤,但那也需要進行設備檢查升級才行。
另一個大問題就是遊戲主機對H.265標准的支持。索尼的PS2和PS3主机推动了DVD和蓝光标准的发展,而即将发布的PS4理论上很可能将支持4K分辨率的内容,但4K分辨率的视频该怎样传送,通過哪些标准进行支持?这仍然还在讨论中。
目前看來,對于H.265/HEVC標准,我們仍需持謹慎樂觀態度。但有一點是肯定的:H.265標准在同等的內容質量上會顯著減少帶寬消耗,有了H.265,高清1080P電視廣播和4K視頻的網絡播放將不在困難,但前提是索尼或者其它媒體巨頭能想出辦法來傳送這些內容。同時,如果移動設備要采用H.265標准,那麽其在解碼視頻時對電量的高消耗也是各大廠商需要解決的問題。

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