?？低暎寒敵咔逵鲆?jiàn)H.265，魚(yú)與熊掌可以兼得
來(lái)源：數字音視工程網(wǎng) 編輯：郭雨婷 2016-08-12 17:04:07 加入收藏
前言
前端攝像機分辨率從最初的CIF，一直發(fā)展到現在的4K，存儲和帶寬成本也在持續攀升。高清，我所欲也，低成本，亦我所欲也;二者能否兼得?在我們思考如何有效降低存儲成本的同時(shí)，將不得不面對一個(gè)兩難的抉擇，是要圖像質(zhì)量還是數據量?顯而易見(jiàn)，當我們追求圖像質(zhì)量時(shí)，必須增加數據量。當我們想降低數量時(shí)，必須犧牲圖像質(zhì)量。那么，如何打破這個(gè)僵局?唯一有效的途徑，就是提升編碼效率。
H.265， 超高清的好伴侶
視頻編碼技術(shù)在視頻監控技術(shù)體系中的地位不亞于材料科學(xué)在航空技術(shù)體系中的地位，它是一門(mén)基礎學(xué)科。這意味著(zhù)兩件事，第一，它的進(jìn)展非常緩慢;第二，如果取得進(jìn)展，那么將會(huì )帶來(lái)革命性的變化。
而基于國際標準的H.265算法，各個(gè)廠(chǎng)家可以運用一些自主專(zhuān)利算法，進(jìn)一步降低碼率。比如?？低曌灾餮邪l(fā)的編解碼應用技術(shù)Smart 265就是一項比H.265效率更高的編碼技術(shù)，相比較H.265，在運動(dòng)目標不多的場(chǎng)景，例如像室內茶水間、樓梯間等場(chǎng)景下，Smart 265可以降低70%左右的碼率;在運動(dòng)目標部分時(shí)間較多，比如不太繁忙的道路上，碼率可以降低50%倍以上;而如果場(chǎng)景中不斷有目標大幅運動(dòng)，像火車(chē)站等場(chǎng)景下，也會(huì )比原有的H.265效果要好。
圖2 不同場(chǎng)景下1080P攝像機碼率對比(H.265 VS Smart 265)
圖3 同一場(chǎng)景下不同編碼方式1080p攝像機錄像文件大小實(shí)測比較
如果把Smart 265技術(shù)運用在最新的H.265 4K超高清設備上，超高清的碼率將得到大幅度的降低，超高清的帶寬和存儲成本也會(huì )更低。
H.265，下一代 主流編碼
那么，從技術(shù)原理上來(lái)看，H.265相比較H.264到底有哪些技術(shù)上的優(yōu)勢，使其成為超高清時(shí)代的主流編碼方式呢?
H.264中每個(gè)宏塊(marcoblock，MB)大小都是固定的16x16像素。然而，在更高分辨率下，單個(gè)宏塊所表示的圖像內容信息大大減少，H.264所采用的宏塊經(jīng)過(guò)整數變換后，低頻系數相似程度也大大提高，出現大量冗余，導致H.264編碼對高清視頻的壓縮效率明顯降低;其次，H.264算法宏塊個(gè)數的爆發(fā)式增長(cháng)，會(huì )導致每個(gè)編碼宏塊的預測模式、運動(dòng)矢量、參考幀索引和量化級等宏塊級參數信息占用更多碼流資源，在有限帶寬中，分配給真正描述圖像內容的殘差系數信息的可用帶寬明顯減少了;再有，由于分辨率的提高，表示同一個(gè)運動(dòng)的運動(dòng)矢量幅值也將大大增加，H.264編碼方式的特點(diǎn)是數值越大使用的比特數越多，因此，隨著(zhù)運動(dòng)矢量幅值的大幅增加，H.264中用來(lái)對運動(dòng)矢量進(jìn)行預測以及編碼的壓縮率也將逐漸降低。
相比H.264，H.265提供了更多不同的工具來(lái)降低碼率。H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。信息量不多的區域(顏色變化不明顯，比如天空的灰色部分)劃分的宏塊較大，編碼后的碼字較少，而細節多的地方(細節變化較多，比如大樓部分)劃分的宏塊就相應的小和多一些，編碼后的碼字較多，這樣就相當于對圖像進(jìn)行了有重點(diǎn)的編碼，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應提高了。這個(gè)過(guò)程有點(diǎn)像“感興趣區域編碼”，針對重要的更多關(guān)鍵細節的部分進(jìn)行增強劃塊，無(wú)更多關(guān)鍵細節的部分進(jìn)行簡(jiǎn)單劃塊，但是這個(gè)過(guò)程在H.265上可以自適應識別實(shí)現。
圖4 H.264編碼分開(kāi)示意圖 圖5 H.265編碼分開(kāi)示意圖
總結發(fā)現，H.265和H.264主要的技術(shù)區別如下：
| 分類(lèi) | H.264 | H.265 |
| 編碼分塊大小范圍 | 4x4 ~ 16x16 | 8x8 ~ 64x64 |
| Intra幀內預測模式 | 最多9種預測模式 | 最多36種預測模式 |
| Inter幀間插值模式 | 1/2像素6TAP, 1/4像素2TAP | 分像素8TAP |
| MVP預測方式 | 空域預測 | 空域和時(shí)域預測 |
| 變換 | 4x4 ~ 8x8 | 4x4 ~ 32x32 |
| 新技術(shù) | SAO功能 | |
| 并行化設計 | Tile, WPP等 |
可以看到，H.265相比H.264最主要的改變是采用了塊的四叉樹(shù)劃分結構，采用了從64x64~8x8像素的自適應塊劃分，并基于這種塊劃分結構采用一系列自適應的預測和變換等編碼技術(shù)。除此之外，還引入了全新的SAO(Sample Adaptive Offset)技術(shù)，SAO是一種參考幀補償技術(shù)，從而提高幀間預測的準確度。同時(shí)，在并行實(shí)現方面，H.265也采用了WPP (Wavefront Parallel Processing)和Tile技術(shù)，能夠充分發(fā)揮當前主流處理器的多核并行能力。這些新技術(shù)的應用，不但有效地提高壓縮性能，也為各種處理器平臺的有效實(shí)現擴展了空間。
H.265，配套產(chǎn)品 需齊全
從表面上看，H.265確實(shí)解決了超高清產(chǎn)品的存儲和帶寬的成本問(wèn)題，但要想真正將這套系統應用起來(lái)，各廠(chǎng)家就必須要給用戶(hù)提供一站式的超高清&H.265產(chǎn)品解決方案。即從最前端的支持H.265編碼的超高清攝像機，到可以存儲H.265編碼的NVR/CVR，能夠解碼H.265的解碼器/視頻綜合平臺，以及能夠接入H.265視頻流的中心平臺軟件。只有這樣，超高清和H.265才能真正結合，真正得到項目的實(shí)際應用。
結語(yǔ)
高清，我所欲也，低成本，亦我所欲也，當超高清遇見(jiàn)H.265，魚(yú)與熊掌可以兼得。因此，我們有理由相信，H.265必然會(huì )成為超高清時(shí)代的主流編碼方式。
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