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什么是H.265?
发布作者: 文章来源: 发布时间:2014-12-18 16:39:28 浏览次数: 字号:

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H.265

H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264,保留原来的某些技术,同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。具体的研究内容包括:提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。H264由于算法优化,可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送;H265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P(分辨率1280*720)普通高清音视频传送。
中文名H.265  推出时间2013年2月  批准组织国际电信联盟(ITU)  开发公司爱立信

目录

1制定编辑

2012年8月,爱立信公司推出了首款H.265[1] 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),相较于之前的H.264标准有了相当大的改善,中国华为公司拥有最多的核心专利,是该标准的主导者。
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)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。[2] 

2传输码率编辑

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。
除了在编解码效率上的提升外,在对网络的适应性方面H.265也有显著提升,可很好运行在Internet等复杂网络条件下。

3性能提升编辑

在运动预测方面,下一代算法将不再沿袭“宏块”的画面分割方法,而可能采用面向对象的方法,直接辨别画面中的运动主体。在变换方面,下一代算法可能不再沿袭基于傅立叶变换的算法族,有很多文章在讨论,其中提请大家注意所谓的“超完备变换”,主要特点是:其MxN的变换矩阵中,M大于N,甚至远大于N,变换后得到的向量虽然比较大,但其中的0元素很多,经过后面的熵编码压缩后,就能得到压缩率较高的信息流。
关于运算量,H.264的压缩效率比MPEG-2提高了1倍多,其代价是计算量提高了至少4倍,导致高清编码需要100GOPS的峰值计算能力。尽管如此,仍有可能使用2013年的主流IC工艺和普通设计技术,设计出达到上述能力的专用硬件电路,且使其批量生产成本维持在原有水平。5年(或许更久)以后,新的技术被接受为标准,其压缩效率应该比H.264至少提高1倍,估计对于计算量的需求仍然会增加4倍以上。随着半导体技术的快速进步,相信届时实现新技术的专用芯片的批量生产成本应该不会有显著提高。因此,500GOPS,或许是新一代技术对于计算能力的需求上限。

4优势编辑

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,分别是: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(macroblock/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。
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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.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
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。
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编码超高清视频。
截止2013年,有线电视和数字电视广播主要采用仍旧是MPEG-2标准。好消息是,H.265标准的出台最终可以说服广播电视公司放弃垂垂老矣的MPEG-2,因为同样的内容,H.265可以减少70-80%的带宽消耗。这就可以在现有带宽条件下轻松支持全高清1080p广播。但是另一方面,电视广播公司又很少有想要创新的理由,因为大多数有线电视公司在他们的目标市场中面临的竞争实在是有限。出于节省带宽的目的,反而是卫星电视公司可能将会率先采用H.265标准。
从长远角度看,H.265标准将会成为超高清电视(UHDTV)的4K和8K分辨率的选择,但这也会带来其它问题,比如2013年还极少有原生4K分辨率的视频内容。H.265标准的完成意味着内容拥有者在2013年已经有了一个对应的理论标准,但是他们在2013年还没有一个统一的方式来传送内容。
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标清(SD)、高清(HD)和8K分辨率超高清(UHD)视频大小对比图
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)。
到目前为止,仍然没有一个妥善解决方案,可以将4K分辨率视频加入已有的蓝光标准中并且不破坏其兼容性。虽然更新到H.265标准并不需要对光盘制造工艺进行改进,但却需要制造全新的播放器才能将新的蓝光光盘播放出来,虽然截止2013年的有些播放器可以播放高密度光盘,但那也需要进行设备检查升级才行。
另一个大问题就是游戏主机对H.265标准的支持。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,通过哪些标准进行支持?这仍然还在讨论中。
目前看来,对于H.265/HEVC标准,我们仍需持谨慎乐观态度。但有一点是肯定的:H.265标准在同等的内容质量上会显著减少带宽消耗,有了H.265,高清1080P电视广播和4K视频的网络播放将不在困难,但前提是索尼或者其它媒体巨头能想出办法来传送这些内容。同时,如果移动设备要采用H.265标准,那么其在解码视频时对电量的高消耗也是各大厂商需要解决的问题。[2] 
参考资料
1.  H.265正迅速抢占国内智能电视屏幕  .tvfensi网 [引用日期2013-04-22] .
2.  H.265:网络视频的高清时代  .果壳网 [引用日期2013-02-5] .