【轉】為什麼H.265編碼優於H.264編碼?

2020-12-22 電子發燒友

【轉】為什麼H.265編碼優於H.264編碼？

邁拓維矩 發表於 2020-05-21 14:56:33

我司最近的新產品都能支持H.265,越來越多的輸入視頻信號都採用了H.265的編碼標準，H.264編碼的逐漸減少，為什麼H.265會流行？H.264和H.265有何不同？今天我們就來給各種施工技術人員介紹一下：

什麼是H.265

H.265是ITU-TVCEG繼H.264之後所制定的新的視頻編碼標準。H.265標準圍繞著現有的視頻編碼標準H.264，保留原來的某些技術，同時對一些相關的技術加以改進。新技術使用先進的技術用以改善碼流、編碼質量、延時和算法複雜度之間的關係，達到最優化設置。

具體的研究內容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低複雜度等。H264由於算法優化，可以低於1Mbps的速度實現標清數字圖像傳送；H265則可以實現利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P（解析度1280*720）普通高清音視頻傳送。

H.265旨在有限帶寬下傳輸更高質量的網絡視頻，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質量的視頻。這也意味著，我們的智慧型手機、平板機等行動裝置將能夠直接在線播放1080p的全高清視頻。H.265標準也同時支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清視頻。可以說，H.265標準讓網絡視頻跟上了顯示屏「高解析度化」的腳步。

什麼是H.264

H.264，同時也是MPEG-4第十部分，是由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC動態圖像專家組（MPEG）聯合組成的聯合視頻組（JVT，JointVideoTeam）提出的高度壓縮數字視頻編解碼器標準。這個標準通常被稱之為H.264/AVC（或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4AVC或MPEG-4/H.264AVC）而明確的說明它兩方面的開發者。

H.264最大的優勢是具有很高的數據壓縮比率，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

舉個例子，原始文件的大小如果為88GB，採用MPEG-2壓縮標準壓縮後變成3.5GB，壓縮比為25∶1，而採用H.264壓縮標準壓縮後變為879MB，從88GB到879MB，H.264的壓縮比達到驚人的102∶1。

低碼率（LowBitRate）對H.264的高的壓縮比起到了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4ASP等壓縮技術相比，H.264壓縮技術將大大節省用戶的下載時間和數據流量收費。尤其值得一提的是，H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質量流暢的圖像，正因為如此，經過H.264壓縮的視頻數據，在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟。

H.265與H.264有何不同

在討論H.265有哪些提升和優點之前，我們不妨先來了解一下H.264。H.264也稱作MPEG-4AVC(AdvancedVideoCoding，高級視頻編碼)，是一種視頻壓縮標準，同時也是一種被廣泛使用的高精度視頻的錄製、壓縮和發布格式。H.264因其是藍光光碟的一種編解碼標準而著名，所有藍光播放器都必須能解碼H.264。

更重要的是，因為蘋果公司當初毅然決然拋棄了Adobe的VP6編碼，選擇了H.264，這個標準也就隨著數億臺iPad和iPhone走入了千家萬戶，成為了目前視頻編碼領域的絕對霸主，佔有超過80%的份額。

H.264也被廣泛用於網絡流媒體數據、各種高清晰度電視廣播以及衛星電視廣播等領域。H.264相較於以前的編碼標準有著一些新特性，如多參考幀的運動補償、變塊尺寸運動補償、幀內預測編碼等，通過利用這些新特性，H.264比其他編碼標準有著更高的視頻質量和更低的碼率，也因此受到了人們的認可，而被廣泛應用。

H.265/HEVC的編碼架構大致上和H.264/AVC的架構相似，也主要包含：幀內預測(intraprediction)、幀間預測(interprediction)、轉換(transform)、量化(quantization)、去區塊濾波器(deblockingfilter)、熵編碼(entropycoding)等模塊。但在HEVC編碼架構中，整體被分為了三個基本單位，分別是：編碼單位(codingunit，CU)、預測單位(predictunit，PU)和轉換單位(transformunit，TU)。

H.265為何優於H.264

比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來說，H.264中每個宏塊(marcoblock，MB)大小都是固定的16x16像素，而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。

反覆的質量比較測試已經表明，在相同的圖象質量下，相比於H.264，通過H.265編碼的視頻碼流大小比H.264減少大約39-44%。由於質量控制的測定方法不同，這個數據也會有相應的變化。通過主觀視覺測試得出的數據顯示，在碼率減少51-74%的情況下，H.265編碼視頻的質量還能與H.264編碼視頻近似甚至更好，其本質上說是比預期的信噪比(PSNR)要好。這些主觀視覺測試的評判標準覆蓋了許多學科，包括心理學和人眼視覺特性等，視頻樣本非常廣泛，雖然它們不能作為最終結論，但這也是非常鼓舞人心的結果。

目前的HEVC標準共有三種模式：Main、Main10和MainStillPicture。Main模式支持8bit色深(即紅綠藍三色各有256個色度，共1670萬色)，Main10模式支持10bit色深，將會用於超高畫質電視(UHDTV)上。前兩者都將色度採樣格式限制為4：2：0。預期將在2014年對標準有所擴展，將會支持4：2：2和4：4：4採樣格式(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)。

事實上，H.265和H.264標準在各種功能上有一些重疊。例如，H.264標準中的Hi10P部分就支持10bit色深的視頻。另一個，H.264的部分(Hi444PP)還可以支持4：4：4色度抽樣和14比特色深。在這種情況下，H.265和H.264的區別就體現在前者可以使用更少的帶寬來提供同樣的功能，其代價就是設備計算能力：H.265編碼的視頻需要更多的計算能力來解碼。目前已經有支持H.265解碼的晶片發布了——美國博通公司(Broadcom)在今年1月初的CES大展上發布了一款BrahmaBCM7445晶片，它是一個採用28納米工藝的四核處理器，可以同時轉碼四個1080P視頻數據流或解析解析度為4096×2160的H.265編碼超高清視頻。

H.265標準的誕生是在有限帶寬下傳輸更高質量的網絡視頻。對於大多數專業人士來說，H.265編碼標準並不陌生，其是ITU-TVCEG繼H.264之後所制定的視頻編碼標準。H.265標準主要是圍繞著現有的視頻編碼標準H.264，在保留了原有的某些技術外，增加了能夠改善碼流、編碼質量、延時及算法複雜度之間的關係等相關的技術。H.265研究的主要內容包括，提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低複雜度。

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