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H.265：網(wǎng)絡(luò)視頻的高清時(shí)代

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 2021-12-21 19:49:58

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去年八月，愛(ài)立信公司推出了首款H.265編解碼器，而在僅僅六個(gè)月之后，國(guó)際電聯(lián)（ITU）就正式批準(zhǔn)通過(guò)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），相較于目前的H.264標(biāo)準(zhǔn)有了相當(dāng)大的改善。H.265旨在在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需原先的一半帶寬，即可播放相同質(zhì)量的視頻。這也意味著我們的移動(dòng)設(shè)備（手機(jī)、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(shí)支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清視頻，可以說(shuō)，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(gè)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(jī)、顯卡等）。H.264統(tǒng)治了過(guò)去的五年，而未來(lái)的五年甚至十年，H.265很可能將會(huì)成為主流。

為什么H.265優(yōu)于H.264

在討論H.265有哪些提升和優(yōu)點(diǎn)之前，我們不妨先來(lái)了解一下H.264。

H.264，也稱作MPEG-4 AVC（Advanced Video Codec，高級(jí)視頻編碼），是一種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)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(lán)光光盤的一種編解碼標(biāo)準(zhǔn)而著名，所有藍(lán)光播放器都必須能解碼H.264。更重要的是，因?yàn)樘O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(gè)標(biāo)準(zhǔn)也就隨著數(shù)億臺(tái)iPad和iPhone走入了千家萬(wàn)戶，成為了目前視頻編碼領(lǐng)域的絕對(duì)霸主，占有超過(guò)80%的份額。H.264也被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)、各種高清晰度電視陸地廣播以及衛(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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、變塊尺寸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼等，通過(guò)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。

H.265/HEVC的編碼架構(gòu)大致上和H.264/AVC的架構(gòu)相似，主要也包含：幀內(nèi)預(yù)測(cè)（intra prediction）、幀間預(yù)測(cè)（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(gè)基本單位，分別是：編碼單位（coding unit，CU）、預(yù)測(cè)單位（predict unit，PU）和轉(zhuǎn)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(lái)降低碼率，以編碼單位來(lái)說(shuō)，H.264中每個(gè)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。以下圖為例，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(duì)圖像進(jìn)行了有重點(diǎn)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(shí)，H.265的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式支持33種方向（H.264只支持8種），并且提供了更好的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理和矢量預(yù)測(cè)方法。

反復(fù)的質(zhì)量比較測(cè)試已經(jīng)表明，在相同的圖象質(zhì)量下，相比于H.264，通過(guò)H.265編碼的視頻大小將減少大約39-44%。由于質(zhì)量控制的測(cè)定方法不同，這個(gè)數(shù)據(jù)也會(huì)有相應(yīng)的變化。通過(guò)主觀視覺(jué)測(cè)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(shuō)是比預(yù)期的信噪比（PSNR）要好。這些主觀視覺(jué)測(cè)試的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了許多學(xué)科，包括心理學(xué)和人眼視覺(jué)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。

H.264與H.265編碼視頻的主觀視覺(jué)測(cè)試對(duì)比，我們可以看到后者的碼率比前者大大減少了

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(lán)三色各有256個(gè)色度，共1670萬(wàn)色），Main 10模式支持10bit色深，將會(huì)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)有所擴(kuò)展，將會(huì)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(shí)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(gè)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(lái)提供同樣的功能，其代價(jià)就是設(shè)備計(jì)算能力：H.265編碼的視頻需要更多的計(jì)算能力來(lái)解碼。目前已經(jīng)有支持H.265解碼的芯片發(fā)布了——美國(guó)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(gè)采用28納米工藝的四核處理器，可以同時(shí)轉(zhuǎn)碼四個(gè)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(lái)

對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，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(huì)在相當(dāng)短的時(shí)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(lái)擴(kuò)展完成后，還會(huì)做出支持H.265多視圖解碼的版本。

由于不同的公司對(duì)于H.264視頻的解碼能力不同，就設(shè)備級(jí)的兼容性而言，我們可能會(huì)看到一些“忽悠人”的信息。比如，那些CPU足夠強(qiáng)大，可以強(qiáng)行通過(guò)計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)H.265視頻解碼的智能手機(jī)或平板電腦就能被宣傳成“支持H.265視頻解碼”，而這樣的“支持”則會(huì)使它們?cè)谔幚硪曨l時(shí)耗電急劇增加?？隙〞?huì)出現(xiàn)一些無(wú)良公司，大肆宣揚(yáng)H.265云云，將這個(gè)新的視頻標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)做是一個(gè)區(qū)別設(shè)備級(jí)別的噱頭，這樣就可以把尚未真正支持H.265解碼的視頻賣給不明真相的消費(fèi)者。而實(shí)際上，這些內(nèi)容又會(huì)是由各大媒體和廣告公司負(fù)責(zé)制作，所以其中內(nèi)幕就更加復(fù)雜了。

目前，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(tái)最終可以說(shuō)服廣播電視公司放棄垂垂老矣的MPEG-2，因?yàn)橥瑯拥膬?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?jiǎng)?chuàng)新的理由，因?yàn)榇蠖鄶?shù)有線電視公司在他們的目標(biāo)市場(chǎng)中面臨的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)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(huì)率先采用H.265標(biāo)準(zhǔn)。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，H.265標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)成為超高清電視（UHDTV）的4K和8K分辨率的選擇。但這也會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)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(gè)對(duì)應(yīng)的理論標(biāo)準(zhǔn)，但是他們現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的方式來(lái)傳送內(nèi)容。索尼正在計(jì)劃一個(gè)4K電影數(shù)字傳送服務(wù)，供那些購(gòu)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(lán)光DVD播放器。這些1080p的影片是從4K數(shù)字母版轉(zhuǎn)換而來(lái)，并且將來(lái)有望推出質(zhì)量更好的“近4K體驗(yàn)”。

標(biāo)清（SD），高清（HD）和8K分辨率超高清（UHD）視頻大小對(duì)比圖

藍(lán)光光盤協(xié)會(huì)（The Blu-ray Disc Association）正在研究在藍(lán)光光盤標(biāo)準(zhǔn)中支持4K分辨率視頻的方法，但是這可沒(méi)那么簡(jiǎn)單。理論上H.264在擴(kuò)展后就可以擁有這個(gè)功能，但是到那時(shí)碼率問(wèn)題又會(huì)浮出水面。一個(gè)H.264編碼的4K藍(lán)光電影需要的存儲(chǔ)空間遠(yuǎn)大于相同內(nèi)容的H.265版本，其大小可高達(dá)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(méi)有一個(gè)妥善解決方案，可以將4K分辨率視頻加入已有的藍(lán)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(duì)光盤制造工藝進(jìn)行改進(jìn)，但卻需要制造全新的播放器才能將新的藍(lán)光光盤播放出來(lái)，雖然現(xiàn)在的有些播放器可以播放高密度光盤，但那也需要進(jìn)行設(shè)備檢查升級(jí)才行。

另一個(gè)大問(wèn)題就是游戲主機(jī)對(duì)H.265標(biāo)準(zhǔn)的支持。索尼的PS2和PS3主機(jī)推動(dòng)了DVD和藍(lán)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(guò)哪些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支持？這仍然還在討論中。

目前看來(lái)，對(duì)于H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)，我們?nèi)孕璩种?jǐn)慎樂(lè)觀態(tài)度。但有一點(diǎn)是肯定的：H.265標(biāo)準(zhǔn)在同等的內(nèi)容質(zhì)量上會(huì)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(wǎng)絡(luò)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(lái)傳送這些內(nèi)容。同時(shí)，如果移動(dòng)設(shè)備要采用H.265標(biāo)準(zhǔn)，那么其在解碼視頻時(shí)對(duì)電量的高消耗也是各大廠商需要解決的問(wèn)題

關(guān)鍵詞： H 265 高清視頻