H.265编码标准让高清更上一层楼

2014-09-22 19:33:37来源: 中国安防网

    4K高清来袭, H.265编解码器愈发重要。高清化是用户的需求,也是视频监控发展的趋势。然而高清化带来的传输及存储方面的问题,也让企业头痛不已。如何解决视频传输及存储?H.265视频编解码器应运而生。

    何为H.265?

  在有限带宽下传输更高质量的网络视频,这就是H.265标准诞生的意义。对于大多数专业人士来说,H.265编码标准并不陌生,其是ITU-T VCEG继H.264之后所制定的视频编码标准。H.265标准主要是围绕着现有的视频编码标准H.264,在保留了原有的某些技术外,增加了一些相关的技术。

  在新增加的技术部分,能够改善码流、编码质量、延时及算法复杂度之间的关系。据了解,H.265研究的主要内容包括,提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度。

  爱立信于2012年8月推出了首款H.265编解码器,之后,2013年1月25日,国际电信联盟组织初步批准了HEVC/H.265标准,标准的全称为高效视频编码(High Efficiency Video Coding),据悉此标准是为了给音视频服务提供更好的视频编码方法,H.265标准正式命名为HEVC。

  H.265/HEVC的编码架构

  其实,H.265/HEVC编码架构大致上与H.264/AVC的架构相似,其主要包括,帧内预测(intra prediction)、帧间预测(inter prediction)、转换 (transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding)等模块,但在HEVC编码架构中,整体被分为了三个基本单位,分别是:编码单位(coding unit,CU)、预测单位(predict unit,PU) 和转换单位(transform unit,TU )。

  比起H.264/AVC,H.265/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率,以编码单位来说,H.264中每个宏块(macroblock/MB)大小都是固定的16x16像素,而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64。

  同时,H.265的帧内预测模式支持33种方向(H.264只支持8种),并且提供了更好的运动补偿处理和矢量预测方法。

  反复的质量比较测试已经表明,在相同的图象质量下,相比于H.264,通过H.265编码的视频大小将减少大约39-44%。由于质量控制的测定方法不同,这个数据也会有相应的变化。

  通过主观视觉测试得出的数据显示,在码率减少51-74%的情况下,H.265编码视频的质量还能与H.264编码视频近似甚至更好,其本质上说是比预期的信噪比(PSNR)要好。

  H.265技术占据绝对优势

  首先,H.265标准具有灵活的编码结构。在H.265中,将宏块的大小从H.264的4×4、8×8、16×16扩展到了32×32、64×64、甚至于128×128的宏块,以便于高分辨率视频的压缩。同时,H.265采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率,包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。

  其次,拥有灵活的块结构——RQT(ResidualQuad-treeTransform)。RQT是一种自适应的变换技术,这种思想是对H.264/AVC中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技术的延伸和扩展。对于帧间编码来说,它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整;对于帧内编码来说,它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换,一方面能够提供更好的能量集中效果,并能在量化后保存更多的图像细节,但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此,根据当前块信号的特性,自适应的选择变换块大小,可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者最优的折中。

  再次,采样点自适应偏移(SampleAdaptiveOffset)。SAO在编解码环路内,位于Deblock之后,通过对重建图像的分类,对每一类图像像素值加减一个偏移,达到减少失真的目的,从而提高压缩率,减少码流。采用SAO后,平均可以减少2%~6%的码流,而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2% 此外,自适应环路滤波(AdaptiveLoopFilter)。ALF在编解码环路内,位于Deblock和SAO之后,用于恢复重建图像以达到重建图像与原始图像之间的均方差(MSE)最小。ALF的系数是在帧级计算和传输的,可以整帧应用ALF,也可以对于基于块或基于量化树(quadtree)的部分区域进行ALF,如果是基于部分区域的ALF,还必须传递指示区域信息的附加信息。

  最后,H.265采用了并行化设计思路。当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展,因此为了适应并行化程度非常高的芯片,H.265引入了很多并行运算的优化思路。

  海康威视等支持H.265编解码产品纷纷“出锅”

  9月初,海康威视推出了业界支持H.265 4K NVR产品;中兴力维也在近日发布H.265高清网络摄像机。4K带来的高清时代,需要H.265的支持。

  据了解,2014年9月份,海康威视推出了4K NVR,其具有超强的显示和解码性能。支持H.265编解码。据悉,海康威视4K NVR,是4K IPC强大的后盾,支持4K 显示,解决了4K监控存储和显示输出的瓶颈,和4K IPC、4K显示器一起形成完美的超清解决方案,将成为4K超清监控的中流砥柱,促进4K监控的普及和应用。

  2014年9月12日,中兴力维在南京举行的新品发布会上,推出了支持H.265/HEVC的高清网络摄像机7200系列。据中兴力维执行董事长祝金程表示,高清网络摄像机7200系列可以提供高清图像,同时又降低了存储要求,节省了在存储设备上的投资;甚至还能降低码流,从而降低带宽和网络方面的压力;在低照度、光线极差的环境下,仍然可以输出高清图像。这就是支持H.265的高清网络摄像机7200系列的“三低”特征。

  新近发布的苹果手机iphone 6和iphone 6 plus均支持H.265视频编解码。从iPhone的技术规格页面上可以看出,iPhone 6和iPhone 6 Plus都会利用下一代H.265技术——也就是高效率视频编码(HEVC)——来对通过蜂窝网络进行的FaceTime视频通话进行编码和解码。

  2014年9月,全球视频监控半导体解决方案的领导者海思公司将基于H.265/HEVC标准推出业界第一颗高清网络摄像机处理器Hi3516A。该Hi3516A处理器采用海思先进的H.265/HEVC算法,改善了H.265/HEVC标准固有的图像振铃效应,极大减少了大运动场景下的拖尾现象和块效应,并在保持与H.264/AVC相同的图像画质下编码码流降低50%。同时,Hi3516A灵活的高性能ARM Cortex-A7处理器配合海思第二代智能分析协处理单元IVE2.0,提供车牌识别、周界防范、人脸识别等多达40种智能分析应用。

  H.265标准发展前景

  从长远角度看,H.265标准将会成为超高清电视(UHDTV)的4K和8K分辨率的选择。但这也会带来其它问题。目前,还极少有原生4K分辨率的视频内容。H.265标准的完成意味着内容拥有者现在已经有了一个对应的理论标准,但是他们现在还没有一个统一的方式来传送内容。索尼正在计划一个4K电影数字传送服务,供那些购买索尼4K电视的顾客使用,并且还在今年推出了名为“Mastered in 4K”的高清蓝光DVD播放器。这些1080p影片是从4K数字母版转换而来,并且将来有望推出质量更好的“近4K体验”。

  结语:H.265标准自2013年被确认,到如今大企业纷纷推出产品,其发展的趋势异常火热。配合着4K技术的发展,H.265编解码发展越发重要,相信在不远的将来,支持H.265的产品将会陆续推出。

关键字:编码  高清

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2014/0922/article_7596.html
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