高丹丹++王成

摘 要：隨著視頻服務(wù)的多樣性以及高清視頻的廣泛流行，當(dāng)人們對(duì)于高清視頻的壓縮效率提出更高要求時(shí)，在視頻編碼領(lǐng)域，統(tǒng)治了10年的H.264的霸主地位遭到動(dòng)搖。為了解決視頻分辨率和視頻并行處理能力，制定了新的視頻標(biāo)準(zhǔn)H.265，提高了高清視頻的壓縮率以及魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力，減少實(shí)時(shí)時(shí)延和信道獲取時(shí)間以及隨機(jī)接入延時(shí)。

關(guān)鍵詞：H.264 H.265 AVC HEVC 視頻編碼 ITU-T

中圖分類號(hào)：F626 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0231-01

H.264（AVC）是現(xiàn)今流行的編碼標(biāo)準(zhǔn)，1999-2003年，H.264處于發(fā)展初期；2003-2009年，H.264處于發(fā)展黃金期，被廣泛地應(yīng)用到許多重要的視頻領(lǐng)域。由于當(dāng)時(shí)盛行的H.262/MPEG-2并不具備數(shù)字視頻處理能力，所以H.264在數(shù)字視頻方面具備了突出的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用，包括高清衛(wèi)視廣播、固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)視頻、視頻會(huì)議等。

H.264發(fā)展的黃金10年間，隨著高清視頻的廣泛流行以及人們對(duì)于高清視頻的壓縮效率的高要求，視頻應(yīng)用開始呈現(xiàn)出以下的發(fā)展趨勢(shì)。

（1）高清晰度：從720p向1080p全面升級(jí)，甚至出現(xiàn)了4K×2K、8K×4K的數(shù)字視頻格式。

（2）高壓縮率：隨著移動(dòng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，解決傳輸帶寬的制約，高壓縮率將受到更多的青睞。

因此，H.264存在著諸多局限性，由于H.264采用了固定的宏塊，從而導(dǎo)致宏塊個(gè)數(shù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，編碼效率低下；隨著分辨率的增加，導(dǎo)致出現(xiàn)大量冗余；核心算法并行效率較低，未能得到較高的壓縮率。

為了解決上述問題，制定了新的視頻標(biāo)準(zhǔn)——H.265（HEVC），由ITU-T VCEG所制定，繼承了H.264存在的優(yōu)勢(shì)并且著重解決了兩方面的問題：增加視頻分辨率和增加視頻并行處理能力。相比于H.264，H.265提高了壓縮率、魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力，減少實(shí)時(shí)時(shí)延、信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入延時(shí)。

1 視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.265（HEVC）特點(diǎn)介紹

（1）H.265繼承了H.264高層次語法結(jié)構(gòu)。

（2）H.265相比于H.264的突出特點(diǎn)：

①采用了編碼樹單元CTUs、編碼樹塊CTBs、編碼單元CUs和編碼塊CBs的編碼結(jié)構(gòu)。

一個(gè)亮度CB和兩個(gè)色度CBs配合相應(yīng)的句法構(gòu)成了一個(gè)編碼單元CU，一個(gè)編碼樹單元CTU至少包含一個(gè)CU，每個(gè)CU被相關(guān)地劃分為預(yù)測(cè)單元PUs和變換單元TUs。CU、PU、TU的分離，使得編碼、預(yù)測(cè)、變換各個(gè)處理環(huán)節(jié)更加靈活，劃分更符合視頻圖像的紋理特征，利于各個(gè)單元更優(yōu)化的完成各自的功能。

②靈活的宏塊結(jié)構(gòu)：采用更加靈活的宏塊結(jié)構(gòu)，編碼單位選擇范圍從8×8到64×64。對(duì)于幀間編碼，變換塊的大小根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊大小做自適應(yīng)調(diào)整；對(duì)于幀內(nèi)編碼，變換塊大小根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測(cè)殘差進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。比如公交車輪胎車門附近的視頻幀，信息量較少的區(qū)域（顏色變化不明顯）劃分較大的宏塊，編碼所需碼字較少，而細(xì)節(jié)較多的（輪胎）地方劃分的宏塊則是小而多，所需碼字也較多，這種有重點(diǎn)的編碼方式大大降低了整體碼率，從而提高了編碼效率。

③自適應(yīng)采樣偏移（Sample Adaptive Offset）：在去塊濾波器之后引入一個(gè)非線性幅度映射，包含在圖像間預(yù)測(cè)循環(huán)中。目的是通過采用一些額外參數(shù)所描述的查找表，來重構(gòu)原始信號(hào)的振幅；通過對(duì)每一類圖像像素增減一個(gè)偏移，減少失真，降低碼流，來提高壓縮率。

④并行解碼語法和切片修正結(jié)構(gòu)：為了提升并行處理能力和信息分包中切片的錯(cuò)誤修正，引入了三個(gè)重要的優(yōu)化思路—Tiles、WPP、Entropy slice。

Tiles：圖像中劃分出的矩形塊稱作Tile，每一個(gè)Tile包含整數(shù)個(gè)LCU（Largest Coding Unit），是圖像中公用共享信息頭的獨(dú)立解碼區(qū)域，以便提升并行處理的能力，使得Tile之間互相獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)并行處理。

WPP（Wavefront Parallel Processing）：當(dāng)WPP被激活后，切片被分割成許多行CTU，第一行按照一般的方式處理，當(dāng)?shù)谝恍械那皟蓚€(gè)CTU被處理完之后，即可處理第二行、第三行等等，以此類推。因此，只需上一行的CTU編解碼完畢即可進(jìn)行當(dāng)前行編碼，提高編解碼器并行處理能力。

相關(guān)片段（Dependent slice segment）：相關(guān)片段允許與波前項(xiàng)點(diǎn)或tile相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)在分隔的NAL單元中處理相比于在一個(gè)切片中進(jìn)行統(tǒng)一處理，該系統(tǒng)具備更低的延遲。相關(guān)切片適用于低時(shí)延編碼。

2 H.265技術(shù)展望

隨著H.265的發(fā)展，一些主要的編碼設(shè)備商開始投入到H.265的研究中。華為是ITU-T視訊標(biāo)準(zhǔn)的主要報(bào)告人和編輯者，在2013年度MVS（全球移動(dòng)通信大會(huì)）上，華為展示了業(yè)界第一套基于LTE承載的流媒體業(yè)務(wù)，通過新一代的視頻壓縮技術(shù)H.265和DASH流媒體技術(shù)結(jié)合，消費(fèi)者可以通過無線網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)到流暢的在線高清視頻服務(wù)。

隨著芯片處理技術(shù)的成熟，算法復(fù)雜性對(duì)于H.265的制約將變得越來越小，H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)解決了有限帶寬資源的制約，使H.265在基于IP進(jìn)行流媒體服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

2013年3月30日，迅雷看看獨(dú)家首發(fā)了H.265升級(jí)版客戶端，用戶只需升級(jí)到最新版本即可體驗(yàn)H.265支持下更流暢更高請(qǐng)的畫面效果。繼迅雷看看之后，PPStream的平臺(tái)上也開始引入了H.265的高清視頻。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)MeFeedia公布的數(shù)據(jù)顯示，自從iPad推出之后，發(fā)行的H.264標(biāo)準(zhǔn)視頻比例在不到三年時(shí)間內(nèi)就從10%以下攀升至84%。因此，我們有理由相信，H.265將會(huì)引領(lǐng)下一代視頻技術(shù)的潮流。

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