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[视频制作] H265视频编码是什么?

[视频制作] H265视频编码是什么?

时下安卓盒子都在宣传支持或硬解H.265, 曾经H.264让1080p风暴席卷了全球,但却再也无力引领4K潮流。随着数字视频应用产业链的快速发展,视频应用向以下几个方向发展的趋势愈加明显: 1、高清晰度(Higher Definition):数字视频的应用格式从720 P向1080 P全面升级,在一些视频应用领域甚至出现了4K x 2K、8K x 4K的数字视频格式;  2、高帧率(Higher frame rate ):数字视频帧率从30 fps向60fps、120fps甚至240fps应用场景升级;  3、高压缩率(Higher Compression rate ):传输带宽和存储空间一直是视频应用中最为关键的资源,因此,在有限的空间和管道中获得最佳的视频体验一直是用户的不懈追求。在这些方面,H.264都有它极大的局限性,其引以为豪的高压缩率在4K的庞大体积中显得是如此无能为力,只能45度角仰望天空为的是不让眼泪落下。牵引4K乃至8K视频的重担,就落在H.264的继任者——H.265身上了。那么到底什么是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。
           
       H.265的技术优势凸显
  
  1、更大的宏块和变换块。相对于H.264的4×4、8×8、16×16宏块类型,H.265引入了32×32、64×64甚至于128×128的宏块,目的在于减少高清数字视频的宏块个数,减少用于描述宏块内容的参数信息,同时整形变换块大小也相应扩大,用于减少H.264中变换相邻块问的相似系数。
  
  2、使用新的MV(运动矢量)预测方式。区别于H.264基于空间域的运动矢量预测方式,H.265扩充更加多的方向进行帧内预测,同时将预测块的集合由原来的空间域扩展到时间域及空时混合域,通过率失真准则计算后选择最佳的预测块。使用该方法,在基本模式下测试,在与H.264相同质量的情况下,得到平均为6.1%的压缩增益,复杂图像的压缩增益甚至能提高到20%。
  
  3、更多的考虑并行化设计。当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展,H.265引入了Entropyslice、WPP等并行运算思路,使用并行度更高的编码算法,更有利于H.265在GPU/DSP/FPGA/ASIC等并行化程度非常高的CPU中快速高效的实现产业化。
  
  4、多核处理器以高性能、低功耗优势正逐步取代传统的单处理器成为市场的主流。随着应用需求扩大和技术进步,多核必将展示出其更为强大的性能优势。H.265视频编码技术在设计时就将并行实现考虑在内。新添加的Tile划分机制使得以往的slice、帧或GOP为单位的粗粒度数据并行机制更加适合于同构多核处理器上的并行实现。Dependentslice和WPP机制解决了以往H.264等编码技术中熵编码环节无法并行实现的问题,使得整个编解码过程中DCT、运动估计、运动补偿、熵编码等任务模块的划分更加均衡,显着提高并行加速比。

        对于我们来说:

        在画质一样的情况下,H.265标准比H.264标准省一半的带宽。在低带宽的情况下,H.265也可以让你获得纤毫毕现的细腻画质,丰富绝伦的图像细节,流畅自然的播放效果。"带宽减半、清晰度翻倍"如此明显的优势对于视频网站来说无疑是"旱苗得雨"。目前众多视频网站已经提供了H.265视频标准。我们不仅可以在家庭中的宽带上传输和观看网络高清视频,而且还可以在手机和平板电脑等设备中享受这些服务!      

         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。H.265会分析每一帧中是否有移动的画面,然后把没有变化的部分压缩。如果静态帧越多则压缩率越高,由于大多数视频90%的部分都没有变化,这样压缩能保证压缩效率增加的同时不降低画面质量。

       H.265标准的应用,乃是大势所趋!

       由于压缩率大幅提升,H.265也对硬件提出了更苛刻的要求。H.265解码的理论运算量为H.264的1.7~2.0倍,之前双核A9+单核GPU配备可以流畅播放H.264视频的话,而到了H.265视频只能让你欣赏一下幻灯片----至少需要四核A9+四核GPU才有足够的运算马力来应付。
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可以看到在越是动作片里H265的压缩比率越大,这是因为
H.264会以16 x 16像素为单位(或是16 x 8、8 x 8、8 x 4、4 x 4等配置),将画面切割为数个大小相同的巨区块,并以这些巨区块做为编码时的最小元素。H.265则是将切割画面的工作从使用者手动设定,转交给编码器来决定,让编码器可视情况以16 x 16、32 x 32、64 x 64等尺寸,将画面切割为数个编码树单元,一般来说区块尺寸越大,压缩效率就会越好。正是通过一系列的优化,H.265的视频编码压缩技术能够让相同的的画面及质量的电影文件容量大小缩减一半,所需耗时下载的时间也能缩减一半,为有限的网络带宽提供了更完美的视频压缩解决方案。
而且这种取样也表现在高速切换和运动画面的采样优化上,可以看到同样是大动态画面H265明显人物面目能加清楚

正是由于H.265拥有更高的压缩率,可以使下载1080P视频内容时的压缩效率提高50%左右,这就意味着视频内容的质量将上升许多,而且可以节省下大量的网络带宽。因此目前不少视频网站都纷纷考虑向H.265靠拢。

当然,光有片源还是不够的,H.265要想普及还需硬件厂商支持。H.264之所以普及的这么迅速还跟硬件厂商的支持分不开。想当年H.264还是初生牛犊,压缩效率仅比MEPG-2提升一倍多却活生生将解码难度提高了至少3倍,运算需求高达100GOPS,将一堆Pentium D和Athlon X2折腾得要死要活,后来正因为显卡厂商、ARM芯片厂商的支持H.264才真正流行起来。目前大部分主流的硬件,包括显卡,到ARM的芯片都已经能够完成针对H.264格式的硬件解码。如今H.265大有H.264当时的风采,压缩效率依然提升了一倍,解码难度轻描淡写地增加了3倍,这带来了高于H.264数倍的解码难度。可惜的是,目前NV、AMD的GPU显示芯片还没有硬件支持H.265,而现在如果普通的Cortex-A9、A7核心播放H.265大概只能让你欣赏一下幻灯片或者万花筒。
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