4K高清來(lái)襲，h265編碼器愈發(fā)重要。高清化是用戶的需求，也是視頻監(jiān)控發(fā)展的趨勢(shì)。然而高清化帶來(lái)的傳輸及存儲(chǔ)方面的問(wèn)題，也讓企業(yè)頭痛不已。如何解決視頻傳輸及存儲(chǔ)?h265編碼器應(yīng)運(yùn)而生。
h265是什么?
從技術(shù)層面上分析，目前H.265/HEVC的架構(gòu)大致上和 H.264/AVC相似，主要包含幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)換、量化、去區(qū)塊濾波器、熵編碼等模塊。不同的是，HEVC整體被分成了編碼單位、預(yù)測(cè)單位和轉(zhuǎn)換單位這三個(gè)部分。
在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，這就是H.265標(biāo)準(zhǔn)誕生的意義。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-T VCEG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，增加了一些相關(guān)的技術(shù)。
在新增加的技術(shù)部分，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。據(jù)了解，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。
愛立信于2012年8月推出了首款H.265編解碼器，之后，2013年1月25日，國(guó)際電信聯(lián)盟組織初步批準(zhǔn)了HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的全稱為高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding)，據(jù)悉此標(biāo)準(zhǔn)是為了給音視頻服務(wù)提供更好的視頻編碼方法，H.265標(biāo)準(zhǔn)正式命名為HEVC。
H.265/HEVC的編碼架構(gòu)
其實(shí)，H.265/HEVC編碼架構(gòu)大致上與H.264/AVC的架構(gòu)相似，其主要包括，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(macroblock/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。
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。
H.265技術(shù)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)
首先，H.265標(biāo)準(zhǔn)具有靈活的編碼結(jié)構(gòu)。在H.265中，將宏塊的大小從H.264的4×4、8×8、16×16擴(kuò)展到了32×32、64×64、甚至于128×128的宏塊，以便于高分辨率視頻的壓縮。同時(shí)，H.265采用了更加靈活的編碼結(jié)構(gòu)來(lái)提高編碼效率，包括編碼單元(CodingUnit)、預(yù)測(cè)單元(PredictUnit)和變換單元(TransformUnit)。
其次，擁有靈活的塊結(jié)構(gòu)——RQT(ResidualQuad-treeTransform)。RQT是一種自適應(yīng)的變換技術(shù)，這種思想是對(duì)H.264/AVC中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技術(shù)的延伸和擴(kuò)展。對(duì)于幀間編碼來(lái)說(shuō)，它允許變換塊的大小根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊的大小進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整;對(duì)于幀內(nèi)編碼來(lái)說(shuō)，它允許變換塊的大小根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測(cè)殘差的特性進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。大塊的變換相對(duì)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(huì)帶來(lái)更多的振鈴效應(yīng)。因此，根據(jù)當(dāng)前塊信號(hào)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。
再次，采樣點(diǎn)自適應(yīng)偏移(SampleAdaptiveOffset)。SAO在編解碼環(huán)路內(nèi)，位于Deblock之后，通過(guò)對(duì)重建圖像的分類，對(duì)每一類圖像像素值加減一個(gè)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% 此外，自適應(yīng)環(huán)路濾波(AdaptiveLoopFilter)。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(jí)計(jì)算和傳輸?shù)?，可以整幀?yīng)用ALF，也可以對(duì)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。
最后，H.265采用了并行化設(shè)計(jì)思路。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，H.265引入了很多并行運(yùn)算的優(yōu)化思路。
?？低?/a>等支持H.265編解碼產(chǎn)品紛紛“出鍋”
9月初，?？低曂瞥隽藰I(yè)界支持H.265 4K NVR產(chǎn)品;中興力維也在近日發(fā)布H.265高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。4K帶來(lái)的高清時(shí)代，需要H.265的支持。
據(jù)了解，2014年9月份，海康威視推出了4K NVR，其具有超強(qiáng)的顯示和解碼性能。支持H.265編解碼。據(jù)悉，?？低?K NVR，是4K IPC強(qiáng)大的后盾，支持4K 顯示，解決了4K監(jiān)控存儲(chǔ)和顯示輸出的瓶頸，和4K IPC、4K顯示器一起形成完美的超清解決方案，將成為4K超清監(jiān)控的中流砥柱，促進(jìn)4K監(jiān)控的普及和應(yīng)用。
2014年9月12日，中興力維在南京舉行的新品發(fā)布會(huì)上，推出了支持H.265/HEVC的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)7200系列。據(jù)中興力維執(zhí)行董事長(zhǎng)祝金程表示，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)7200系列可以提供高清圖像，同時(shí)又降低了存儲(chǔ)要求，節(jié)省了在存儲(chǔ)設(shè)備上的投資;甚至還能降低碼流，從而降低帶寬和網(wǎng)絡(luò)方面的壓力;在低照度、光線極差的環(huán)境下，仍然可以輸出高清圖像。這就是支持H.265的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)7200系列的“三低”特征。
新近發(fā)布的蘋果手機(jī)iphone 6和iphone 6 plus均支持H.265視頻編解碼。從iPhone的技術(shù)規(guī)格頁(yè)面上可以看出，iPhone 6和iPhone 6 Plus都會(huì)利用下一代H.265技術(shù)——也就是高效率視頻編碼(HEVC)——來(lái)對(duì)通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的FaceTime視頻通話進(jìn)行編碼和解碼。
2014年9月，全球視頻監(jiān)控半導(dǎo)體解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者海思公司將基于H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)推出業(yè)界第一顆高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)處理器Hi3516A。該Hi3516A處理器采用海思先進(jìn)的H.265/HEVC算法，改善了H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)固有的圖像振鈴效應(yīng)，極大減少了大運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下的拖尾現(xiàn)象和塊效應(yīng)，并在保持與H.264/AVC相同的圖像畫質(zhì)下編碼碼流降低50%。同時(shí)，Hi3516A靈活的高性能ARM Cortex-A7處理器配合海思第二代智能分析協(xié)處理單元IVE2.0，提供車牌識(shí)別、周界防范、人臉識(shí)別等多達(dá)40種智能分析應(yīng)用。
H.265標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展前景
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)”。
結(jié)語(yǔ)：H.265標(biāo)準(zhǔn)自2013年被確認(rèn)，到如今大企業(yè)紛紛推出產(chǎn)品，其發(fā)展的趨勢(shì)異?；馃?。配合著4K技術(shù)的發(fā)展，H.265編解碼發(fā)展越發(fā)重要，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，支持H.265的產(chǎn)品將會(huì)陸續(xù)推出。