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H.265技術(shù)的淺析

H.265技術(shù)從提出到如今的應(yīng)用已有一段時間,本文僅就H.265技術(shù)類型、優(yōu)勢及差異、未來發(fā)展作一個淺析。
資訊頻道文章B

  文/焦成平 北京藍(lán)色星際軟件技術(shù)發(fā)展有限公司產(chǎn)品經(jīng)理

  H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264,保留原來的某些技術(shù),同時對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系,達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。具體的內(nèi)容包括:提高壓縮效率、減少實時的延遲、減少信道獲取時間和隨機(jī)接入時延、降低復(fù)雜度等。H.264由于算法優(yōu)化,可以低于1Mbps的速度實現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送;H.265則可以實現(xiàn)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。

  H.265技術(shù)(類型)分析

  H.265的研發(fā)目的從命名就可以看出端倪,H.265又名HEVC(High Efficiency Video Coding,高效率視訊編碼),其最主要的用途就是要進(jìn)一步降低影片所需的流量,以降低儲存與傳輸?shù)某杀?。H.265要求在最佳的編碼范本(profile)中,能在維持相同PSNR的前提下,節(jié)省以H.264壓縮的1080P監(jiān)控視頻36%左右的資料量,并且能在影像品質(zhì)差不多時,將節(jié)省的幅度進(jìn)一步提升到50%。

  另外H.265則是針對壓縮、解壓縮所需的運(yùn)算量做出限制,以最佳編碼范本進(jìn)行H.265編碼所需的時間,只能比H.264編碼多出10%,而解碼時間則是可以多出60%。

  H.265與H.264等技術(shù)的優(yōu)勢及差異在哪里?

  相對于H.264,H.265 標(biāo)準(zhǔn)的算法復(fù)雜性有了大幅提升,以此獲得較好的壓縮性能。H.265 在很多特性上都做了較大的改進(jìn)(如表1)。

  綜合來說,H.265的技術(shù)亮點為:

  靈活的編碼結(jié)構(gòu):在H.265中,將宏塊的大小從H.264的16×16擴(kuò)展到了64×64,以便于高分辨率視頻的壓縮;

  靈活的塊結(jié)構(gòu)——RQT(Residual Quad-tree Transform)。RQT是一種自適應(yīng)的變換技術(shù),這種思想是對H.264/AVC中ABT(Adaptive Block-size Transform)技術(shù)的延伸和擴(kuò)展。對于幀間編碼來說,它允許變換塊的大小根據(jù)運(yùn)動補(bǔ)償塊的大小進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整;對于幀內(nèi)編碼來說,它允許變換塊的大小根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測殘差的特性進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。大塊的變換相對于小塊的變換,一方面能夠提供更好的能量集中效果,并能在量化后保存更多的圖像細(xì)節(jié),但是另一方面在量化后卻會帶來更多的振鈴效應(yīng)。因此,根據(jù)當(dāng)前塊信號的特性,自適應(yīng)的選擇變換塊大小,可以得到能量集中、細(xì)節(jié)保留程度以及圖像的振鈴效應(yīng)三者最優(yōu)的折中;

  采樣點自適應(yīng)偏移(Sample Adaptive Offset)。SAO在編解碼環(huán)路內(nèi),位于Deblock之后,通過對重建圖像的分類,對每一類圖像像素值加減一個偏移,達(dá)到減少失真的目的,從而提高壓縮率,減少碼流。采用SAO后,平均可以減少2%~6%的碼流,而編碼器和解碼器的性能消耗僅僅增加了約2%;

  自適應(yīng)環(huán)路濾波(Adaptive Loop Filter)。ALF在編解碼環(huán)路內(nèi),位于Deblock和SAO之后,用于恢復(fù)重建圖像以達(dá)到重建圖像與原始圖像之間的均方差(MSE)最小。ALF的系數(shù)是在幀級計算和傳輸?shù)?,可以整幀?yīng)用ALF,也可以對于基于塊或基于量化樹(quadtree)的部分區(qū)域進(jìn)行ALF,如果是基于部分區(qū)域的ALF,還必須傳遞指示區(qū)域信息的附加信息;

  并行化設(shè)計。當(dāng)前芯片架構(gòu)已經(jīng)從單核性能逐漸往多核并行方向發(fā)展,因此為了適應(yīng)并行化程度非常高的芯片實現(xiàn),HEVC/H.265 引入了很多并行運(yùn)算的優(yōu)化思路。



H.264與H.265的比較

  H.265技術(shù)發(fā)展(瓶頸及未來發(fā)展趨勢)分析?

  在監(jiān)控行業(yè),H.265已經(jīng)被多家芯片方案提供商所支持,但是從實際市場來看,使用H.265的產(chǎn)品還是非常的少。如果已經(jīng)完成的項目,更換為H.265的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),那么相應(yīng)的后端存儲也需要更換為支持H.265的產(chǎn)品,這樣的話,整體項目改造的投入過大。

  對于的新的項目,H.265還是比較新的技術(shù),各個安防廠家基本上還是將H.265納入自己的高端產(chǎn)品線,這樣新項目的整體成本也是要高于使用H.264的設(shè)備投入。

  其實從目前整個監(jiān)控行業(yè)的布局來看,更適合使用H.265的場合就是像4K/8K這樣的需求。更高的清晰度,更低的帶寬。使用H.265可以將原有的帶寬至少降低50%,不管是網(wǎng)絡(luò)傳輸,還是后端的存儲空間都能夠得到很大的幫助。

  同時,網(wǎng)絡(luò)上有消息指出,微軟Windows 10操作系統(tǒng)中原生內(nèi)置了 HEVC(高效率視頻編碼,或稱為 H.265),即可以直接通過Windows10系統(tǒng)高效率的播放4K或8K的視頻了。

  作為新一代視頻編碼技術(shù),H.265有著前面幾代編碼技術(shù),如MPEG-4、H.264等無可比擬的優(yōu)勢,即目前沒有能夠與之競爭的壓縮技術(shù),因此兼容性方面也是一個很大優(yōu)勢??傊?,H.265將會大大促進(jìn)包括高清視頻在內(nèi)的視頻應(yīng)用的快速發(fā)展。

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