【轉(zhuǎn)】為什么H.265編碼優(yōu)于H.264編碼？

我司最近的新產(chǎn)品都能支持H.265,越來(lái)越多的輸入視頻信號(hào)都采用了H.265的編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264編碼的逐漸減少，為什么H.265會(huì)流行？H.264和H.265有何不同？今天我們就來(lái)給各種施工技術(shù)人員介紹一下：

什么是H.265

H.265是ITU-TVCEG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(lái)的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)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(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。

具體的研究?jī)?nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時(shí)的時(shí)延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入時(shí)延、降低復(fù)雜度等。H264由于算法優(yōu)化，可以低于1Mbps的速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送；H265則可以實(shí)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旨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，我們的智能手機(jī)、平板機(jī)等移動(dòng)設(shè)備將能夠直接在線播放1080p的全高清視頻。H.265標(biāo)準(zhǔn)也同時(shí)支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清視頻?？梢哉f(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。

什么是H.264

H.264，同時(shí)也是MPEG-4第十部分，是由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC動(dòng)態(tài)圖像專家組（MPEG）聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻組（JVT，JointVideoTeam）提出的高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通常被稱之為H.264/AVC（或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4AVC或MPEG-4/H.264AVC）而明確的說(shuō)明它兩方面的開(kāi)發(fā)者。

H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

舉個(gè)例子，原始文件的大小如果為88GB，采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變成3.5GB，壓縮比為25∶1，而采用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變?yōu)?79MB，從88GB到879MB，H.264的壓縮比達(dá)到驚人的102∶1。

低碼率（LowBitRate）對(duì)H.264的高的壓縮比起到了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4ASP等壓縮技術(shù)相比，H.264壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時(shí)間和數(shù)據(jù)流量收費(fèi)。尤其值得一提的是，H.264在具有高壓縮比的同時(shí)還擁有高質(zhì)量流暢的圖像，正因?yàn)槿绱?，?jīng)過(guò)H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì)。

H.265與H.264有何不同

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-4AVC(AdvancedVideoCoding，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(pán)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(píng)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，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(cè)(intraprediction)、幀間預(yù)測(cè)(interprediction)、轉(zhuǎn)換(transform)、量化(quantization)、去區(qū)塊濾波器(deblockingfilter)、熵編碼(entropycoding)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(codingunit，CU)、預(yù)測(cè)單位(predictunit，PU)和轉(zhuǎn)換單位(transformunit，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(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。

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編碼的視頻碼流大小比H.264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。

目前的HEVC標(biāo)準(zhǔn)共有三種模式：Main、Main10和MainStillPicture。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)，Main10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BrahmaBCM7445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標(biāo)準(zhǔn)的誕生是在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻。對(duì)于大多數(shù)專業(yè)人士來(lái)說(shuō)，H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)并不陌生，其是ITU-TVCEG繼H.264之后所制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)主要是圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，在保留了原有的某些技術(shù)外，增加了能夠改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)及算法復(fù)雜度之間的關(guān)系等相關(guān)的技術(shù)。H.265研究的主要內(nèi)容包括，提高壓縮效率、提高魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時(shí)的時(shí)延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入時(shí)延、降低復(fù)雜度。

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