h.265究竟為何物
 

說起h.265可能很多人并不太了解其究竟為何物？但對于高清視頻的全面普及所有人都趨之若鶩。 在這個電視拼4k極清，網(wǎng)絡(luò)視頻拼超清，視頻監(jiān)控拼高清的“視頻血拼”年代，人們都希望在不用大費周章增加帶寬的前提下獲得更高清更唯美的視頻畫質(zhì)體驗。對于這樣的期待，未來h.265很可能幫大家實現(xiàn)。h.265作為一種最新的視頻壓縮技術(shù)能在有限的帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需h.264的一半帶寬，即可播放相同圖質(zhì)的視頻。這也意味著我們的移動設(shè)備(手機、平板電腦)將能夠直接在線播放全高清(1080p)視頻。

而h.265標(biāo)準(zhǔn)也同時支持4k(4096×2160)和8k(8192×4320)超高清視頻，可以說，h.265標(biāo)準(zhǔn)讓網(wǎng)絡(luò)視頻跟上了顯示屏“高分辨率化”的腳步，可能在幾個月內(nèi)，你就能看到支持h.265解碼的設(shè)備上市了(如智能手機、顯卡等)。h.264統(tǒng)治了過去的五年，而未來的五年甚至十年，h.265很可能將會成為主流。此刻 ，人們不禁會問 h. 2 6 5有哪些技術(shù)優(yōu)勢，未來又會如何應(yīng)用。本文就帶大家了解 h. 265的發(fā)展現(xiàn)狀以及其未來的發(fā)展趨勢。

h.265究竟為何物

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)。目前世界上的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)主要來源于國際電聯(lián)itu-t和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso，itu的h.26×系列視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過了h.261、h.263，h.263+這樣一個演進過程。而iso的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是mpeg系列，從mpeg1、mepg2到mpeg4，之后兩個標(biāo)準(zhǔn)化組合走向合作，成立了jvt，推出了在當(dāng)前最有效的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，h.264/avc。從h.264標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布到如今已經(jīng)有五年時間，在這五年中h.264的應(yīng)用范圍不斷擴展，成熟度不斷提高，而 itu— t在 h.264取得初步成功的時候 ，itu— t的視頻編碼特別小組 vceg于 2 0 05年 就對視頻編碼技術(shù)提出了更長遠的設(shè)想。并規(guī)劃在技術(shù)成熟時推出新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) h.2 6 5。2012年8月，愛立信公司推出了首款h.265編解碼器，而在僅僅六個月之后，國際電聯(lián)(itu)就正式批準(zhǔn)通過了hevc/h.265標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)全稱為高效視頻編碼(high efficiency video coding)，相較于之前的h.264標(biāo)準(zhǔn)有了相當(dāng)大的改善。

提出h.2 6 5標(biāo)準(zhǔn).是為了給音視頻服務(wù)提供更好的視頻編碼方法。音視頻服務(wù)包括會話式和非會話式音視頻服務(wù)。其中會話式音視頻服務(wù)包括視頻會議和可視電話 ，非會話式音視頻服務(wù)包括流媒體、廣播 、文檔下載 、媒體存儲 /播放和數(shù)字?jǐn)z像機。 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。新技術(shù)使用先進的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延遲和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達到最優(yōu)化設(shè)置。具體的研究內(nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復(fù)能力、減少實時的遲延、減少信道獲取時間和隨機接入遲延、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。

事實上，h.265視頻壓縮技術(shù)早在h.264發(fā)布后不久，即進行了關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域(key technical areas)技術(shù)研究和評估，并于2010年由vceg和mpeg形成聯(lián)合項目hevc(high efficiency video coding)，將主要目標(biāo)定義為在1080p分辨率上，相比h.264/avc提高一倍左右的壓縮比，并提供更高分辨率的有效支持。目前，三星、高通、博通以及華為等it巨頭都公開展示了相關(guān)技術(shù)，可見其頗受重視，未來極有可能取代h.264成為全球主流的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

h.265的高明之處

從編碼框架上來說，h.265仍然沿用了h.264的混合編碼框架，但是每個技術(shù)細(xì)節(jié)都有提升或改進。比較大的改進是：1)在圖像分塊以及運動補償、變換方面，支持更大尺寸和種類；2)更多幀內(nèi)/幀間預(yù)測、運動矢量預(yù)測和變換模式；3)增加環(huán)內(nèi)采樣自適應(yīng)濾波sao；4)提供tile模式，更好地支持并行處理等。這些新技術(shù)的應(yīng)用，不但有效地提高壓縮性能，也為各種處理器平臺的有效實現(xiàn)擴展了空間。

第2頁：h.265與h.264有何不同
 

h.265與h.264有何不同

在討論h.265有哪些提升和優(yōu)點之前，我們不妨先來了解一下h.264。h.264也稱作mpeg-4 avc(advanced video codec，高級視頻編碼)，是一種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，同時也是一種被廣泛使用的高精度視頻的錄制、壓縮和發(fā)布格式。h.264因其是藍光光盤的一種編解碼標(biāo)準(zhǔn)而著名，所有藍光播放器都必須能解碼h.264。更重要的是，因為蘋果公司當(dāng)初毅然決然拋棄了adobe的vp6編碼，選擇了h.264，這個標(biāo)準(zhǔn)也就隨著數(shù)億臺ipad和iphone走入了千家萬戶，成為了目前視頻編碼領(lǐng)域的絕對霸主，占有超過80%的份額。h.264也被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)、各種高清晰度電視廣播以及衛(wèi)星電視廣播等領(lǐng)域。h.264相較于以前的編碼標(biāo)準(zhǔn)有著一些新特性，如多參考幀的運動補償、變塊尺寸運動補償、幀內(nèi)預(yù)測編碼等，通過利用這些新特性，h.264比其他編碼標(biāo)準(zhǔn)有著更高的視頻質(zhì)量和更低的碼率，也因此受到了人們的認(rèn)可，而被廣泛應(yīng)用。

h.265/hevc的編碼架構(gòu)大致上和h.264/avc的架構(gòu)相似，也主要包含：幀內(nèi)預(yù)測(intra prediction)、幀間預(yù)測(inter prediction)、轉(zhuǎn)換 (transform)、量化 (quantization)、去區(qū)塊濾波器(deblocking filter)、熵編碼(entropy coding)等模塊。但在hevc編碼架構(gòu)中，整體被分為了三個基本單位，分別是：編碼單位(coding unit，cu)、預(yù)測單位(predict unit，pu) 和轉(zhuǎn)換單位(transform unit，tu )。

h.265為何優(yōu)于h.264

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(marcoblock，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。信息量不多的區(qū)域(顏色變化不明顯，比如車體的紅色部分和地面的灰色部分)劃分的宏塊較大，編碼后的碼字較少，而細(xì)節(jié)多的地方(輪胎)劃分的宏塊就相應(yīng)的小和多一些，編碼后的碼字較多，這樣就相當(dāng)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(yīng)提高了。同時，h.265的幀內(nèi)預(yù)測模式支持33種方向(h.264只支持8種)，并且提供了更好的運動補償處理和矢量預(yù)測方法。

反復(fù)的質(zhì)量比較測試已經(jīng)表明，在相同的圖象質(zhì)量下，相比于h.264，通過h.265編碼的視頻碼流大小比h.264減少大約39-44%。由于質(zhì)量控制的測定方法不同，這個數(shù)據(jù)也會有相應(yīng)的變化。通過主觀視覺測試得出的數(shù)據(jù)顯示，在碼率減少51-74%的情況下，h.265編碼視頻的質(zhì)量還能與h.264編碼視頻近似甚至更好，其本質(zhì)上說是比預(yù)期的信噪比(psnr)要好。這些主觀視覺測試的評判標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了許多學(xué)科，包括心理學(xué)和人眼視覺特性等，視頻樣本非常廣泛，雖然它們不能作為最終結(jié)論，但這也是非常鼓舞人心的結(jié)果。

目前的hevc標(biāo)準(zhǔn)共有三種模式：main、main 10和main still picture。main模式支持8bit色深(即紅綠藍三色各有256個色度，共1670萬色)，main 10模式支持10bit色深，將會用于超高清電視(uhdtv)上。前兩者都將色度采樣格式限制為4：2：0。預(yù)期將在2014年對標(biāo)準(zhǔn)有所擴展，將會支持4：2：2和4：4：4采樣格式(即提供了更高的色彩還原度)和多視圖編碼(例如3d立體視頻編碼)。

事實上，h.265和h.264標(biāo)準(zhǔn)在各種功能上有一些重疊。例如，h.264標(biāo)準(zhǔn)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14比特色深。在這種情況下，h.265和h.264的區(qū)別就體現(xiàn)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(shè)備計算能力：h.265編碼的視頻需要更多的計算能力來解碼。目前已經(jīng)有支持h.265解碼的芯片發(fā)布了——美國博通公司(broadcom)在今年1月初的ces大展上發(fā)布了一款brahma bcm7445芯片，它是一個采用28納米工藝的四核處理器，可以同時轉(zhuǎn)碼四個1080p視頻數(shù)據(jù)流或解析分辨率為4096×2160的h.265編碼超高清視頻。

h.265的未來之路

對于普通消費者來說，更關(guān)心的肯定是還要多久才能買到支持h.265/hevc解碼的設(shè)備。這就要取決于很多因素了。amd和nvidia等顯卡巨頭可能會在相當(dāng)短的時間內(nèi)整合h.265，盡管h.265還有許多新功能尚未添加。第一代芯片可能只適用于剛定案的標(biāo)準(zhǔn)，待將來擴展完成后，還會做出支持h.265多視圖解碼的版本。對此杭州海康威視數(shù)字股份有限公司俞海表示已經(jīng)較為深入地評估和實現(xiàn)了h.265算法，并展示了部分相關(guān)技術(shù)。在本屆深圳安博會上，海康威視大屏幕顯示出的h.265圖像效果，受到參展商的一致認(rèn)可。目前，h.265的主要問題在于編碼復(fù)雜度較高，產(chǎn)品的性能與成本還沒有達到平衡。相信在安防行業(yè)的共同努力下，尤其是在ic技術(shù)進一步發(fā)展后，hevc可以逐漸取代h.264成為未來的主流。

就目前而言，有線電視和數(shù)字電視廣播主要采用仍舊是mpeg-2標(biāo)準(zhǔn)。好消息是，h.265標(biāo)準(zhǔn)的出臺最終可以說服廣播電視公司放棄垂垂老矣的mpeg-2，因為同樣的內(nèi)容，h.265可以減少70-80%的帶寬消耗。這就可以在現(xiàn)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(chuàng)新的理由，因為大多數(shù)有線電視公司在他們的目標(biāo)市場中面臨的競爭實在是有限。出于節(jié)省帶寬的目的，反而是衛(wèi)星電視公司可能將會率先采用h.265標(biāo)準(zhǔn)。

從長遠角度看，h.265標(biāo)準(zhǔn)將會成為超高清電視(uhdtv)的4k和8k分辨率的選擇。但這也會帶來其它問題。目前，還極少有原生4k分辨率的視頻內(nèi)容。h.265標(biāo)準(zhǔn)的完成意味著內(nèi)容擁有者現(xiàn)在已經(jīng)有了一個對應(yīng)的理論標(biāo)準(zhǔn)，但是他們現(xiàn)在還沒有一個統(tǒng)一的方式來傳送內(nèi)容。索尼正在計劃一個4k電影數(shù)字傳送服務(wù)，供那些購買索尼4k電視的顧客使用，并且還在今年推出了名為“mastered in 4k”的高清藍光dvd播放器。這些1080p影片是從4k數(shù)字母版轉(zhuǎn)換而來，并且將來有望推出質(zhì)量更好的“近4k體驗”。

藍光光盤協(xié)會(the blu-ray disc association)正在研究在藍光光盤標(biāo)準(zhǔn)中支持4k分辨率視頻的方法，但是這可沒那么簡單。理論上h.264在擴展后就可以擁有這個功能，但是到那時碼率問題又會浮出水面。一個h.264編碼的4k藍光電影需要的存儲空間遠大于相同內(nèi)容的h.265版本，其大小可高達100g以上，而現(xiàn)有的播放器也不支持100-128gb的高容量可刻錄可擦寫光盤( bdxl)。

到目前為止，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(biāo)準(zhǔn)中并且不破壞其兼容性。雖然更新到h.265標(biāo)準(zhǔn)并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，雖然現(xiàn)在有些播放器可以播放高密度光盤，但那也需要進行設(shè)備檢查升級才行。

另一個大問題就是游戲主機對h.265標(biāo)準(zhǔn)的支持。索尼的ps2和ps3主機推動了dvd和藍光標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。而即將發(fā)布的ps4理論上很可能將支持4k分辨率的內(nèi)容，但4k分辨率的視頻該怎樣傳送，通過哪些標(biāo)準(zhǔn)進行支持？這仍然在討論中。

h.265在安防的絆腳石

既然h.265對整個視頻產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢既明顯又迅速，那為什么h.265沒有在安防領(lǐng)域產(chǎn)生大規(guī)模的覆蓋效果呢？或許專業(yè)視頻監(jiān)控提供商，杭州海康威視數(shù)字股份有限公司的高級算法經(jīng)理俞海的一席話能夠讓我們對這個問題作出回答。

俞經(jīng)理表示從目前來看，h.265產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與推廣，首先可能在專利方面存在風(fēng)險。據(jù)悉，握有h.265重要專利的企業(yè)，例如三星、高通以及聯(lián)發(fā)科，目前尚沒有表明態(tài)度愿意將其專利加入到mpeg la的專利池中，而是保留各自分別收取專利費的可能性。如果h.265實行分別收費，it產(chǎn)業(yè)鏈中其他廠家，尤其是與上述企業(yè)存在競爭業(yè)務(wù)的，很可能對該標(biāo)準(zhǔn)的支持謹(jǐn)慎從事，最終影響標(biāo)準(zhǔn)的大規(guī)模應(yīng)用。其次，具體到安防產(chǎn)業(yè)，還存在編碼芯片成本和網(wǎng)絡(luò)兼容進程等風(fēng)險。這兩個風(fēng)險，可能需要安防產(chǎn)業(yè)的上下游，例如ic廠商和系統(tǒng)平臺集成廠商共同努力盡快完善，以促進新標(biāo)準(zhǔn)的推廣。

h.265在安防領(lǐng)域的發(fā)展前景，除了上述可能存在的阻礙因素外，還與安防用戶類型有關(guān)。對于視頻監(jiān)控的用戶，可以粗略地劃分成行業(yè)型和消費型兩類：行業(yè)型用戶如公安、交通、金融和能源等，一般已建或在建專用監(jiān)控平臺，這類用戶成本相對不敏感，傾向于專業(yè)型的安防設(shè)備，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性較為重視，接受h.265可能需要較長的驗證周期。對于消費型的用戶，如家庭、小商鋪等，系統(tǒng)建設(shè)的成本較低，新技術(shù)的接受普及可能更快一些。所以，h.265可能會首先在第二類，也就是目前頗受看好的民用市場率先獲得應(yīng)用。

隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的廣泛應(yīng)用，高清視頻已經(jīng)成為市場的主流，然而目前h.264標(biāo)準(zhǔn)在高清視頻監(jiān)控應(yīng)用中呈現(xiàn)出越來越多的局限性。1080p的視頻圖像一般需要占用4~10m的帶寬，這給網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)建設(shè)帶來了較大的成本壓力。帶寬、成本、技術(shù)等原因都成為制約行業(yè)快速向高清化發(fā)展的瓶頸。h.265/hevc標(biāo)準(zhǔn)的成熟，會給視頻帶來更高的壓縮比，降低網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)建設(shè)成本。根據(jù)安防系統(tǒng)建設(shè)模型，網(wǎng)絡(luò)和存儲設(shè)備通常占據(jù)建設(shè)投資40%左右。如何最大效率降低網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲空間，需要從視頻壓縮編碼入手來解決，采用h.265/hevc標(biāo)準(zhǔn)的壓縮效率可以比h.264提升50%以上，根據(jù)估算可能帶來的投資節(jié)省高達20%！

對于h.265的未來，北京中盛益華科技有限公司顧長海也談了他的看法，他認(rèn)為h.265已經(jīng)在很多的技術(shù)上實現(xiàn)了對h.264的全面超越。無論在功能還是性能上，h.265的功能都幾乎對前者有著覆蓋性的進步，因此如果從這些方面看來，h.265的上位僅僅只是時間的問題。

目前看來，對于h.265/hevc標(biāo)準(zhǔn)，我們?nèi)孕璩种?jǐn)慎樂觀態(tài)度。但有一點是肯定的：h.265標(biāo)準(zhǔn)在同等的內(nèi)容和質(zhì)量上，會顯著地減少帶寬消耗，有了h.265，高清1080p電視廣播和4k視頻的網(wǎng)絡(luò)播放將不再困難，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(nèi)容。同時，如果移動設(shè)備要采用h.265標(biāo)準(zhǔn)，那么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。