高清晰，低流量(碼率)淺談H.265/HEVC視頻編碼的技術優勢

west · 發表於 2014-11-15 07:03:47

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高清晰，低碼率：淺談H.265視頻編碼的技術優勢

作為新一代視頻編解碼格式，H.265得到越來越廣泛的應用。不久之前，蘋果公司在翹首期盼中發佈了iPhone6，該款手機較之以往的iPhone，不僅僅只是簡單地增大了螢幕，其採用了H.265視頻編碼解碼技術，可達到在有限頻寬下傳輸更高品質的網路視頻。雖然對於大部分人來講，H.265還有點陌生，然而早在兩年前，愛立信就已經推出了首款H.265編解碼器。使用H.265編解碼的一個巨大優勢是僅需目前主流編碼視頻H.264一半的位元速率，就可提供同等品質的視頻。

接下來，將由「影音新生活」為大家詳細介紹H.265視頻編碼技術究竟有什麼樣的優勢。

▌ 新一代視訊壓縮標準：H.265

視頻編解碼標準主要來源於國際電聯ITU-T和國際標準組織ISO，ITU的H.26×系列視訊壓縮標準經過了H.261、H.263，H.263+這樣一個演進過程。而ISO的視訊壓縮標準是MPEG系列，從MPEG1、MEPG2到MPEG4，之後兩個標準化組合走向合作，成立了JVT，推出了在當前最有效的視訊壓縮標準：H.264/AVC。

隨後，H.264的應用範圍不斷擴展，成熟度也不斷提高，于2013年定稿發佈了下一代視訊壓縮標準，命名為HEVC(High Efficiency VideoCoding)，分別被ITU-T和ISO/IEC採納成為國際標準，即H.265視訊壓縮標準。H.265在現有的視頻編碼標準H.264基礎上，進一步提高壓縮效率、提高魯棒性（Robustness抗變換性）和錯誤恢復能力、減少即時的時延、減少通道獲取時間和隨機接入時延、降低複雜度，以達到最優化設置。

▌高清晰，低碼率

如今，4K超高清技術大行其道，傳統的H.264已面臨瓶頸限制。以編碼單位來說，H.264中每個宏塊(marcoblock，MB)大小都是固定的16x16圖元。然而，在更高解析度下，單個宏塊所表示的圖像內容資訊大大減少，H.264所採用的宏塊經過整數變換後，低頻係數相似程度也大大提高，出現大量冗余，導致H.264編碼對高清視頻的壓縮效率明顯降低；其次，H.264演算法宏塊個數的爆發式增長，會導致每個編碼宏塊的預測模式、運動向量、參考幀索引和量化級等宏塊級參數資訊佔用更多碼流資源，也降低了編碼壓縮率。

相比H.264，H.265提供了更多不同的工具來降低碼率。H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。資訊量不多的區域劃分的宏塊較大，編碼後的碼字較少，而細節多的地方劃分的宏塊就相應的小和多一些，編碼後的碼字較多，這樣就相當於對圖像進行了有重點的編碼，針對重要的更多關鍵細節的部分進行增強劃塊，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應得到了提高。這個過程在H.265上，可以通過系統自行適應識別實現。

H.264編碼分開示意圖

H.265編碼分開示意圖

最新H.265標準基本繼承了H.264的框架，H264由於演算法優化，只能低於1Mbps的速度實現標清數位影像傳送；H265則可以實現利用1~2Mbps的傳送速率傳送720P（解析度1280*720）普通高清音視頻傳送。這意味著，旨在有限頻寬下H.265能夠傳輸更高品質網路視頻，同時，僅需原先的一半頻寬即可播放相同品質的視頻。

▌H.265技術的應用

編碼技術主要運用於視頻播放設備、軟體應用以及拍攝、錄製視頻的設備。人們最熟悉的莫過於PPS網路視頻播放機。在PC屏用戶端產品上面，PPS已經于2013年初推出了基於H.265標準的高清視頻，並命名「臻高清」為自己的高清品牌。同時 PPS不斷加大了在H.265技術應用方面的研究，把H.265推向手機用戶端，且在性能上不斷優化提升。

在視頻播放設備上，4K超清電視的推出，也與H.265編碼技術息息相關。索尼於今年9月份發佈的國內首台提供高品質4K內容的媒體播放機新品FMP-X10以及索尼在國外已發佈的S900B系列和S990B系列，它們都採用了H.265編碼格式，在編碼技術上更勝從前。對於藍光來說，H.265的HEVC編碼技術足以將巨大的4K電影壓縮進一張藍光光碟，節省更大的記憶體空間。

索尼FMP-X10

在攝像設備上，索尼、海康威視、中興等廠商陸續發佈了該類攝像設備，不僅用於日常的拍照攝影，更用於區域監控安防上。採用了H.265編碼技術的超高清監控所能監控的區域更大，不僅減少了安裝數量，最主要的是提高了監控的畫面品質。避免了一個路口安裝多台攝像機而造成龐大的冗餘數據的情況。

當然，H.265的應用不僅僅局限于此，據悉，馬上入華的索尼PS4也將支援H.265編解碼技術。另外，伴隨著4G網路的到來，H.265將可能逐漸大規模投入移動用戶端，讓高清無處不在，使得更多的人們感受並享受這一技術所帶來的影響。

結語：這裡需要指出的是，雖然H.265帶來了遠高於H.264的壓縮效率，但同時也帶來了高於H.264數倍的解碼難度，運算量飆升到400~500GOPS，目前還沒有廣泛的H.265硬解支援。而且，在面對硬體支援度欠缺、標準確立太晚等問題的同時，谷歌VP9也是H.265擺在面前的挑戰，畢竟和需要繳納授權費的H.265相比，VP9使用自由的BSD版權協定對業界的吸引力無疑是巨大的。