淺談H.265視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的概念

H.265是ITU-TVCEG繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)主要來(lái)源于國(guó)際電聯(lián)ITU-T和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO，ITU的H.26×系列視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)了H.261、H.263，h.263+這樣一個(gè)演進(jìn)過(guò)程。而ISO的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是MPEG系列，從MPEG1、MEPG2到MPEG4，之后兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組合走向合作，成立了JVT，推出了在當(dāng)前最有效的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC。從H.264標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布到如今已經(jīng)有五年時(shí)間，在這五年中H.264的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，成熟度不斷提高，而ITU—T在H.264取得初步成功的時(shí)候，ITU—T的視頻編碼特別小組VCEG于2005年就對(duì)視頻編碼技術(shù)提出了更長(zhǎng)遠(yuǎn)的設(shè)想。并規(guī)劃在技術(shù)成熟時(shí)推出新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265。2012年8月，愛立信公司推出了首款H.265編解碼器，而在僅僅六個(gè)月之后，國(guó)際電聯(lián)(ITU)就正式批準(zhǔn)通過(guò)了HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)全稱為高效視頻編碼(HighEfficiencyVideoCoding)，相較于之前的H.264標(biāo)準(zhǔn)有了相當(dāng)大的改善。

提出H.265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。音視頻服務(wù)包括會(huì)話式和非會(huì)話式音視頻服務(wù)。其中會(huì)話式音視頻服務(wù)包括視頻會(huì)議和可視電話，非會(huì)話式音視頻服務(wù)包括流媒體、廣播、文檔下載、媒體存儲(chǔ)/播放和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。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、延遲和算法復(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)的遲延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入遲延、降低復(fù)雜度等。H.264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;H.265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。

事實(shí)上，H.265視頻壓縮技術(shù)早在H.264發(fā)布后不久，即進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域(KeyTechnicalAreas)技術(shù)研究和評(píng)估，并于2010年由VCEG和MPEG形成聯(lián)合項(xiàng)目HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)，將主要目標(biāo)定義為在1080P分辨率上，相比H.264/AVC提高一倍左右的壓縮比，并提供更高分辨率的有效支持。目前，三星、高通、博通以及華為等IT巨頭都公開展示了相關(guān)技術(shù)，可見其頗受重視，未來(lái)極有可能取代H.264成為全球主流的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

傳輸碼率優(yōu)勢(shì)

H.263可以2~4Mbps的傳輸速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)清晰度廣播級(jí)數(shù)字電視(符合CCIR601、CCIR656標(biāo)準(zhǔn)要求的720*576);而H.264由于算法優(yōu)化，可以低于2Mbps的速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送;H.265HighProfile可實(shí)現(xiàn)低于1.5Mbps的傳輸帶寬下，實(shí)現(xiàn)1080p全高清視頻傳輸。

除了在編解碼效率上的提升外，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性方面H.265也有顯著提升，可很好運(yùn)行在Internet等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)條件下。

性能提升較高

在運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方面，下一代算法將不再沿襲“宏塊”的畫面分割方法，而可能采用面向?qū)ο蟮姆椒?，直接辨別畫面中的運(yùn)動(dòng)主體。在變換方面，下一代算法可能不再沿襲基于傅立葉變換的算法族，有很多文章在討論，其中提請(qǐng)大家注意所謂的“超完備變換”，主要特點(diǎn)是：其MxN的變換矩陣中，M大于N，甚至遠(yuǎn)大于N，變換后得到的向量雖然比較大，但其中的0元素很多，經(jīng)過(guò)后面的熵編碼壓縮后，就能得到壓縮率較高的信息流。

關(guān)于運(yùn)算量，H.264的壓縮效率比MPEG-2提高了1倍多，其代價(jià)是計(jì)算量提高了至少4倍，導(dǎo)致高清編碼需要100GOPS的峰值計(jì)算能力。盡管如此，仍有可能使用2013年的主流IC工藝和普通設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)出達(dá)到上述能力的專用硬件電路，且使其批量生產(chǎn)成本維持在原有水平。5年(或許更久)以后，新的技術(shù)被接受為標(biāo)準(zhǔn)，其壓縮效率應(yīng)該比H.264至少提高1倍，估計(jì)對(duì)于計(jì)算量的需求仍然會(huì)增加4倍以上。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速進(jìn)步，相信屆時(shí)實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的專用芯片的批量生產(chǎn)成本應(yīng)該不會(huì)有顯著提高。因此，500GOPS，或許是新一代技術(shù)對(duì)于計(jì)算能力的需求上限。

H.264統(tǒng)治了過(guò)去的五年，而未來(lái)的五年甚至十年，H.265很可能將會(huì)成為主流。