從H.264到H.265

國(guó)際電信聯(lián)盟ITU于2003年3月發(fā)布H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，使H.264/AVC成為當(dāng)今世界上使用最多的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用在廣播、有線電視、衛(wèi)星電視和互聯(lián)網(wǎng)電視上提供高清視頻，以及手機(jī)、視頻會(huì)議、數(shù)字存儲(chǔ)和藍(lán)光光盤中。全部網(wǎng)站視頻有80%以上使用H.264/AVC編碼系統(tǒng)。更重要的是，因?yàn)樘O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。

在H.264發(fā)布十年之后，國(guó)際電信聯(lián)盟第16研究組于2013年1月25日初步批準(zhǔn)了H.265標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱是HEVC（High Efficiency Video Coding，高效率視頻編碼）。相對(duì)于H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)，H.265/HEVC有了相當(dāng)大的改善。

壓縮效率比H.264提高1倍

與H.264/AVC編碼結(jié)構(gòu)相似，H.265/HEV也是采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、量化、去區(qū)塊濾波器、熵編碼等模塊。在H.264編碼中每個(gè)宏塊大小都是固定的16 × 16像素，而H.265編碼可以選擇從8 × 8 到最大64 × 64像素。以下圖為例，信息量不多的區(qū)域劃分的宏塊較大，編碼后碼字較少，而細(xì)節(jié)多的地方的宏塊就相應(yīng)小一些，編碼后碼字較多，這樣就相當(dāng)于對(duì)圖像進(jìn)行了有重點(diǎn)的編碼，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應(yīng)提高了。

在H.264/AVC中采用9個(gè)幀內(nèi)預(yù)測(cè)方向的場(chǎng)合， 而H.265/HEVC幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式支持33種方向，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，在相同的圖像質(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。如下圖，H.264與H.265編碼視頻的主觀視覺(jué)測(cè)試對(duì)比，我們可以看到后者的碼率比前者大大減少了針對(duì)高清視頻H.265/HEVC節(jié)省碼率50%，而且計(jì)算量并沒(méi)有增加，這也意味著，我們的智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備將能夠直接在線播放1080p的全高清視頻。

支持4K和8K超高清視頻

H.265標(biāo)準(zhǔn)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。

目前的H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)共有三種模式：Main、Main 10、Main Still Picture。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），Main 10模式支持10bit色深，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ITU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）。

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，比如目前還極少有原生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。

多家廠商開(kāi)始定制首批H.265產(chǎn)品

多家廠商開(kāi)始定制首批HEVC產(chǎn)品，其中包括Envivio、Broadcom、NTT、愛(ài)立信、湯姆遜、三菱等，已經(jīng)展示了這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。當(dāng)前的實(shí)施包括一種支持8比特4：2：0視頻的主檔、一種支持10比特的主10檔，以及一種使用與視頻“內(nèi)”圖像相同的編碼工具的適用于靜止數(shù)字圖像的主靜止圖像檔。

博通公司在今年1月初的CES大展上發(fā)布了一款Brahma BCM7445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。

Envivio在今年3月的CCBN上演示了HEVC HDTV，HEVC視頻以MPEG-DASH格式流式傳輸?shù)狡桨咫娔X；包括像回看電視、集錦創(chuàng)作、廣告插播和nPVR這樣的應(yīng)用，推出進(jìn)一步個(gè)性化多屏用戶體驗(yàn)的新產(chǎn)品。

NTT在IBC 2012上，展區(qū)中設(shè)置的顯示屏上播放了經(jīng)過(guò)HEVC壓縮處理的4K影像內(nèi)容。傳輸未壓縮過(guò)的原始影像信號(hào)需要幾Gbit/秒的帶寬，壓縮后影像所需帶寬減少到了幾百分之一。NTT 宣布將發(fā)放一個(gè)解碼HEVC的軟件許可證，此軟件是首款在智能手機(jī)上播放全高清的HEVC解碼軟件。

愛(ài)立信去年8月發(fā)布了第一個(gè)兼容H.265的實(shí)況電視視頻解碼器。愛(ài)立信預(yù)測(cè)，這個(gè)名為SVP 5500 HEVC的解碼器產(chǎn)品將首先用于在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上提供電視節(jié)目。

湯姆遜視頻網(wǎng)絡(luò)公司3月6日宣布推出H2B2VS項(xiàng)目，作為項(xiàng)目協(xié)調(diào)者，湯姆遜視頻網(wǎng)絡(luò)公司正領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)5個(gè)歐洲國(guó)家（法國(guó)、芬蘭、西班牙、瑞士和土耳其）的19家合作伙伴組成的聯(lián)盟，以應(yīng)對(duì)廣播挑戰(zhàn)及提出HEVC標(biāo)準(zhǔn)化的建議。

法網(wǎng)，首次HEVC轉(zhuǎn)播。法國(guó)工業(yè)部支持的聯(lián)合項(xiàng)目4EVER利用法網(wǎng)提供采用HEVC格式的多屏分發(fā)演示。6月1-9日，安排的轉(zhuǎn)播節(jié)目輸送一個(gè)包括編碼、流傳輸、解碼和顯示的試驗(yàn)性端到端分發(fā)鏈。使用IPTV、DVB-T2和互聯(lián)網(wǎng)分發(fā)網(wǎng)，節(jié)目被HD廣播到法國(guó)電視臺(tái)的公共空間、Orange的技術(shù)區(qū)和雷恩的一間演示室的PC、電視機(jī)和平板電腦。

H.265或搶占網(wǎng)絡(luò)視頻

隨著迅雷看看早前與北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究所就下一代視頻編碼技術(shù)H.265達(dá)成戰(zhàn)略合作，并在3月30日獨(dú)家全國(guó)首發(fā)H.265標(biāo)準(zhǔn)的高清視頻內(nèi)容后，聲稱目前用戶只需要安裝最新版本的迅雷看看播放器，就能夠免費(fèi)從其中獲得新一代編碼所帶來(lái)的視聽(tīng)智能電視體驗(yàn)。左上圖是迅雷看看播放器H265專區(qū)專門設(shè)有片段對(duì)比。

無(wú)獨(dú)有偶的是，就在30日之后的兩天的4月1日，另一大視頻客戶端巨頭PPS影音也表示，新版PPS影音在支持H.265編碼后，也可以實(shí)現(xiàn)1080P的全高清視頻在線播放體驗(yàn)了，PPS董事長(zhǎng)及創(chuàng)始人宣稱“PPS將把高清化作今年的重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)，成功開(kāi)發(fā)下一代H.265編碼技術(shù)的客戶端產(chǎn)品。”

在CPU占用上，4核CPU的壓力并不大，可以說(shuō)新一代的PC終端將完全勝任新一代編解碼任務(wù)，面對(duì)目前視頻網(wǎng)站用戶因?yàn)橐曨l卡而影響用戶體驗(yàn)招致投訴的現(xiàn)狀而言，H.265的推動(dòng)將極大解決目前視頻網(wǎng)站因?yàn)閹拞?wèn)題所流失的客戶。或許，未來(lái)H.265將至少在PC端的編解碼市場(chǎng)大行其道。右上圖，PPS的H.265專區(qū)提供多達(dá)46部全片真高清體驗(yàn)（1080p）

目前，有線電視和數(shù)字電視廣播主要采用仍舊是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。好消息是，H.265標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)最終可以說(shuō)服廣播電視公司放棄垂垂老矣的MPEG-2，因?yàn)橥瑯拥膬?nèi)容，H.265可以減少70-80%的帶寬消耗。這就可以在現(xiàn)有帶寬條件下輕松支持全高清1080p廣播。但是相比有線電視公司，出于節(jié)省帶寬的目的，衛(wèi)星電視公司可能將會(huì)率先采用H.265標(biāo)準(zhǔn)。

目前看來(lái)，對(duì)于H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)，我們?nèi)孕璩种?jǐn)慎樂(lè)觀態(tài)度。但有一點(diǎn)是肯定的：H.265標(biāo)準(zhǔn)在同等的內(nèi)容質(zhì)量上會(huì)顯著減少帶寬消耗，有了H.265，高清1080P電視廣播和4K視頻的網(wǎng)絡(luò)播放將不在困難，同時(shí)，如果移動(dòng)設(shè)備要采用H.265標(biāo)準(zhǔn)，那么其在解碼視頻時(shí)對(duì)電量的高消耗也是各大廠商需要解決的問(wèn)題。