5G時(shí)代的視頻編碼技術(shù)

□ 文 /鐘海

移動(dòng)通訊技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到第五代——5G。與4G/ 3G / 2G不同的是，5G并不是獨(dú)立的、全新的無線接入技術(shù)，而是對現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（包括2G / 3G / 4G/ WiFi的）技術(shù)的進(jìn)化，以及一些新增的補(bǔ)充技術(shù)，集成后解決方案的總稱。如今，5G商用已在國內(nèi)逐步實(shí)施。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，5G將在2020年在全球范圍內(nèi)商用。與此同時(shí)，安防視頻的高清化已經(jīng)越來越明顯，4K也開始有了應(yīng)用。更清晰的視頻，意味著對通信手段更高的要求。作為一種高效的視頻編碼技術(shù)，H.265會(huì)成為主流嗎？

H.265讓視頻文件更小，質(zhì)量更好

為何要對視頻進(jìn)行編碼？例如，一部時(shí)長約90分鐘、4K分辨率的視頻，在拍攝剪輯完成之后，其原始文件大小在50TB（約為50000GB）左右，其中大部分為音軌文件，不過剝除這些聲音文件后，文件大小也會(huì)達(dá)到1TB左右（1080P約為4K影片的1/3），這樣算下來如果需要流暢播放這樣一部視頻，其網(wǎng)絡(luò)能力要達(dá)到250MB/秒以上，就現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)布局來說，屬于商用級應(yīng)用，運(yùn)營商的帶寬成本也負(fù)擔(dān)不起，而此時(shí)視頻編碼技術(shù)顯得尤為重要。

編碼技術(shù)就是減小視頻的文件量，充分壓縮后的文件，才能夠在網(wǎng)絡(luò)上流通在線觀看，更為重要的是，很多在線資源的分辨率固然達(dá)到了4K，但是碼率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，就目前來說，這無論對安防視頻還是民用娛樂視頻來說都是很大的缺陷。

由于網(wǎng)絡(luò)帶寬成本的限制，運(yùn)營商不得不將視頻文件充分壓縮，而視頻編碼在其中起到了非常關(guān)鍵的作用，優(yōu)秀的編碼方式能將視頻文件進(jìn)一步壓縮的同時(shí)，還能保證其質(zhì)量。目前各種視頻的主要編碼形式主要有兩種：HEVC與VP9。

無論HEVC與VP9中蘊(yùn)含著多么高深的技術(shù)，關(guān)鍵在于利用高效率的壓縮算法，把視頻文件的容量壓縮得更小，以便于傳輸或存儲(chǔ)。相對的，播放這些壓縮過的影片，就需要硬件有更強(qiáng)大的處理能力來進(jìn)行解碼，這也是很多電視與電視盒子標(biāo)榜其支持H.265硬件解碼的原因。安防監(jiān)控產(chǎn)品也是如此。

視頻解碼分為“硬解”和“軟解”兩種，硬解是由設(shè)備中專門的芯片負(fù)責(zé)對應(yīng)格式視頻的解碼工作，而軟解則是通過軟件算法“暴力”解碼，對硬件的運(yùn)算能力要求更高。

視頻編碼技術(shù)的發(fā)展，必然伴隨各種標(biāo)準(zhǔn)的革新，之前的H.264標(biāo)準(zhǔn)編碼的文件，現(xiàn)在主流的H.265文件所編碼出來的文件大小，已經(jīng)出現(xiàn)了翻天覆地的變化。未來的H.266甚至能夠?qū)⒈镜仄胀娪皶r(shí)長的1080P資源壓縮至2GB以內(nèi)。正是因?yàn)橛辛薍.265這樣的編碼技術(shù)，較新的4K視頻的文件容量甚至比720P資源更小，這樣可以讓4K視頻看起來不卡，而有些720P資源卻會(huì)卡頓。

可以看到，網(wǎng)絡(luò)帶寬的發(fā)展，信息傳遞的速度直接影響著我們最終得到的效果，而這其中存乎很多關(guān)鍵環(huán)節(jié)。成熟的視頻編碼技術(shù)，就是問題的關(guān)鍵所在，而網(wǎng)絡(luò)及硬件設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施，則是促進(jìn)其發(fā)展的基石。

5G時(shí)代，8K視頻也能在線播放

電視產(chǎn)業(yè)向由8K發(fā)展的趨勢是不可逆的，這同時(shí)意味著新的編碼技術(shù)也要跟上。技術(shù)發(fā)展的速度令人震撼，2020年日本東京奧運(yùn)會(huì)將采用8K直播。

業(yè)界對H.265編碼越來越熟悉了，目前來說蘋果英特爾等硬件產(chǎn)品都支持此標(biāo)準(zhǔn)片源的解碼優(yōu)化。而8K視頻的編碼技術(shù)，則是要看下一代的H.266編碼標(biāo)準(zhǔn)了，現(xiàn)在來看這依然需要一些時(shí)間。

通過JVCSuperHi-Vision的攝像機(jī)視頻采集的結(jié)果來看，長度為1分鐘左右的7680×4320分辨率視頻，約占用200GB存儲(chǔ)空間，如此驚人的體積，對網(wǎng)絡(luò)帶寬而言，當(dāng)然有巨大的壓力，更不必說有線電視信號了。如果將數(shù)據(jù)比作水，那么網(wǎng)絡(luò)帶寬就是水管，只有更粗的水管，才能負(fù)擔(dān)8K視頻的巨大數(shù)據(jù)通量。

在日本，8K視頻信號直接由衛(wèi)星進(jìn)行傳輸，而國內(nèi)的環(huán)境還難以達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)，有線電視信號亟需改觀，而且現(xiàn)今的4G網(wǎng)絡(luò)在8K如此大的數(shù)據(jù)流量上也難有任何建樹。好在5G 時(shí)代已經(jīng)走來，我們就要把希望寄托在5G網(wǎng)絡(luò)上。

H.265只是規(guī)定了一個(gè)可用技術(shù)的范圍，編碼時(shí)很多特性可以用，也可以不用。所以H.265編碼器的使用難度大概是H.264的2-3倍不止。目前有些才做到10bit下對H.264 中高質(zhì)量的20-30%的體積壓縮，而且還是建立在對于所有命令參數(shù)全部理解且大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，如果直接設(shè)置碼率不使用任何高級命令參數(shù)調(diào)節(jié)，很可能得到的效果反而比H.264更差（默認(rèn)參數(shù)設(shè)置僅針對低碼率環(huán)境，用于中高碼率環(huán)境副作用太大）。從技術(shù)上看，H265是很好的工具，但主要還是具備技術(shù)和資源優(yōu)勢的廠商才能用得好。

現(xiàn)在市場上使用的設(shè)備仍然有一些以支持H.264格式為主，現(xiàn)實(shí)情況不能馬上將所有設(shè)備升級替換掉。但為了發(fā)揮H.265的低碼流，高質(zhì)量的技術(shù)特點(diǎn)，在中途傳輸這過程采用H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)有不少設(shè)備采用這樣的方案：通過一個(gè)編、轉(zhuǎn)碼過程，將高質(zhì)量的視頻信號在低碼流情況下傳輸，同時(shí)還完整保留了高質(zhì)量畫面，在不影響現(xiàn)有H.264系統(tǒng)情況下，新老技術(shù)相互兼容，完整對接。

隨著軟件及硬件技術(shù)的發(fā)展，以及通訊設(shè)施的完善，H.265將成為編碼技術(shù)的主流。