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H.265编码走进网络视频高清时代仍需等待

2014-10-08 18:25:21  

   ​H.265编码标准已于13年发布,但尚未被大范围应用,依照目前市场来看在视频编码领域H.264编码标准占据主导地位。相较于以前的编码标准H.264本身有着一定新特性多参考帧的运动补偿、变块尺寸运动补偿、帧内预测编码等,通过利用这些新特性,H.264比其他编码标准有着更高的视频质量和更低的码率,也因此受到了人们的认可。目前被广泛用于网络流媒体数据、各种高清晰度电视陆地广播以及卫星电视广播等领域。而H.265相对H.264又有大幅技术提升。

 
  1、H.265编码的优势:
 
  H.265/HEVC的编码架构大致上和H.264/AVC的架构相似,但比起H.264/AVC,H.265/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率,以编码单位来说,H.264中每个宏块(marcoblock,MB)大小都是固定的16x16像素,而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64。以下图为例,信息量不多的区域(颜色变化不明显,比如车体的红色部分和地面的灰色部分)划分的宏块较大,编码后的码字较少,而细节多的地方(轮胎)划分的宏块就相应的小和多一些,编码后的码字较多,这样就相当于对图像进行了有重点的编码,从而降低了整体的码率,编码效率就相应提高了。同时,H.265的帧内预测模式支持33种方向(H.264只支持8种),并且提供了更好的运动补偿处理和矢量预测方法。
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  经过大量对比测试看到,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%。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,其本质上说是比预期的信噪比(PSNR)要好。这些主观视觉测试虽然能作为最终结论,但这也是非常振奋人心的结果。过去五年H.264统治整个行业,也许在接下未来的五年甚至十年,H.265将会成为主流。
 
  2、H.265编码大范围市场化需等待解码设备:
 
  H.265标准在编码上的优势必然使其成为行业主导,但目前尚未迅速取代H.264主要因为广播电视行业改善的积极性不高、解码设备尚待完善等因素造成。
 
  目前的HEVC标准共有三种模式:Main,Main 10和Main Still Picture。Main模式支持8bit色深(即红绿蓝三色各有256个色度,共1670万色),Main 10模式支持10bit色深,将会用于超高清电视(UHDTV)上。前两者都将色度采样格式限制为4:2:0。预期将在2014年对标准有所扩展,将会支持4:2:2和4:4:4采样格式(即提供了更高的色彩还原度),和多视图编码(例如3D立体视频编码)。
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  事实上,H.265和H.264标准在各种功能上有一些重叠。在这种情况下,H.265可以使用更少的带宽来提供同样的功能,其代价就是设备计算能力:H.265编码的视频需要更多的计算能力来解码。
 
  普通消费者更关心的主要是还要多久才能买到支持H.265/HEVC解码的终端。这取决于很多因素了。由于不同的公司对于H.264视频的解码能力不同,就设备级的兼容性而言,我们可能会看到一些“忽悠人”的信息。比如,那些CPU足够强大,可以强行通过计算能力实现H.265视频解码的智能手机或平板电脑就能被宣传成“支持H.265视频解码”,而这样的“支持”则会使它们在处理视频时耗电急剧增加。肯定会出现一些无良公司,大肆宣扬H.265云云,将这个新的视频标准当做是一个区别设备级别的噱头,这样就可以把尚未真正支持H.265解码的视频卖给不明真相的消费者。目前看来,市场环境还相对复杂。
 
  目前,有线电视和数字电视广播主要采用仍旧是MPEG-2标准。好消息是,H.265标准的出台最终可以说服广播电视公司放弃垂垂老矣的MPEG-2,因为同样的内容,H.265可以减少70-80%的带宽消耗。这就可以在现有带宽条件下轻松支持全高清1080P广播。但是另一方面,电视广播公司又很少有想要创新的理由,因为大多数有线电视公司在他们的目标市场中面临的竞争实在是有限。出于节省带宽的目的,反而是卫星电视公司可能将会率先采用H.265标准。
 
  从长远角度看,H.265标准将会成为超高清电视(UHDTV)的4K和8K分辨率的选择。但这也会带来其它问题。目前,还极少有原生4K分辨率的视频内容。H.265标准的完成意味着内容拥有者现在已经有了一个对应的理论标准,但是他们现在还没有一个统一的方式来传送内容。
 
  蓝光光盘协会(The Blu-ray Disc Association)正在研究在蓝光光盘标准中支持4K分辨率视频的方法,但是这可没那么简单。理论上H.264在扩展后就可以拥有这个功能,但是到那时码率问题又会浮出水面。一个H.264编码的4K蓝光电影需要的存储空间远大于相同内容的H.265版本,其大小可高达100G以上,而现有的播放器也不支持100-128GB的高容量可刻录可擦写光盘( BDXL)。
 
  到目前为止,仍然没有一个妥善解决方案,可以将4K分辨率视频加入已有的蓝光标准中并且不破坏其兼容性。虽然更新到H.265标准并不需要对光盘制造工艺进行改进,但却需要制造全新的播放器才能将新的蓝光光盘播放出来,虽然现在的有些播放器可以播放高密度光盘,但那也需要进行设备检查升级才行。
 
  另一个大问题就是游戏主机对H.265标准的支持。索尼的PS2和PS3主机推动了DVD和蓝光标准的发展。而即将发布的PS4理论上很可能将支持4K分辨率的内容,但4K分辨率的视频该怎样传送,通过哪些标准进行支持?这仍然还在讨论中。
 
  由于H.265编码显著减少带宽消耗的特点,高清1080P电视广播和4K视频的网络播放将不在困难,但前提是媒体巨头能想出办法来传送这些内容。同时,如果移动设备要采用H.265标准,那么其在解码视频时对电量的高消耗也是各大厂商需要解决的问题。综上来看,对H.265/HEVC编码标准来说,前途必然是非常光明,但仍需等待解码设备的发展,相信不会让用户等的太久。

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