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[每日话题] H.265编码标准让高清视频更上一层楼

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独步江湖

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 楼主| 发表于 2019-1-11 13:37:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

4K高清来袭,H.265编解码器愈发重要。高清化是用户的需求,也是视频监控发展的趋势。然而高清化带来的传输及存储方面的问题,也让企业头痛不已。如何解决视频传输及存储?H.265视频编解码器应运而生。


    何为H.265?


    在有限带宽下传输更高质量的网络视频,这就是H.265标准诞生的意义。对于大多数专业人士来说,H.265编码标准并不陌生,其是ITU-TVCEG继H.264之后所制定的视频编码标准。H.265标准主要是围绕着现有的视频编码标准H.264,在保留了原有的某些技术外,增加了一些相关的技术。


    在新增加的技术部分,能够改善码流、编码质量、延时及算法复杂度之间的关系。据了解,H.265研究的主要内容包括,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。


    爱立信于2012年8月推出了首款H.265编解码器,之后,2013年1月25日,国际电信联盟组织初步批准了HEVC/H.265标准,标准的全称为高效视频编码(HighEfficiencyVideoCoding),据悉此标准是为了给音视频服务提供更好的视频编码方法,H.265标准正式命名为HEVC。


    H.265/HEVC的编码架构


    其实,H.265/HEVC编码架构大致上与H.264/AVC的架构相似,其主要包括,帧内预测(intraprediction)、帧间预测(interprediction)、转换(transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblockingfilter)、熵编码(entropycoding)等模块,但在HEVC编码架构中,整体被分为了三个基本单位,分别是:编码单位(codingunit,CU)、预测单位(predictunit,PU)和转换单位(transformunit,TU)。


    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(macroblock/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。

    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。


    反复的质量比较测试已经表明,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,其本质上说是比预期的信噪比(PSNR)要好。


    H.265技术占据绝对优势


    首先,H.265标准具有灵活的编码结构。在H.265中,将宏块的大小从H.264的4×4、8×8、16×16扩展到了32×32、64×64、甚至于128×128的宏块,以便于高分辨率视频的压缩。同时,H.265采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率,包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。


    其次,拥有灵活的块结构——RQT(ResidualQuad-treeTransform)。RQT是一种自适应的变换技术,这种思想是对H.264/AVC中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技术的延伸和扩展。对于帧间编码来说,它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整;对于帧内编码来说,它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换,一方面能够提供更好的能量集中效果,并能在量化后保存更多的图像细节,但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此,根据当前块信号的特性,自适应的选择变换块大小,可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者最优的折中。


    再次,采样点自适应偏移(SampleAdaptiveOffset)。SAO在编解码环路内,位于Deblock之后,通过对重建图像的分类,对每一类图像像素值加减一个偏移,达到减少失真的目的,从而提高压缩率,减少码流。采用SAO后,平均可以减少2%~6%的码流,而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2%此外,自适应环路滤波(AdaptiveLoopFilter)。ALF在编解码环路内,位于Deblock和SAO之后,用于恢复重建图像以达到重建图像与原始图像之间的均方差(MSE)最小。ALF的系数是在帧级计算和传输的,可以整帧应用ALF,也可以对于基于块或基于量化树(quadtree)的部分区域进行ALF,如果是基于部分区域的ALF,还必须传递指示区域信息的附加信息。


    2H.265标准发展前景


    最后,H.265采用了并行化设计思路。当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展,因此为了适应并行化程度非常高的芯片,H.265引入了很多并行运算的优化思路。


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