網(wǎng)絡(luò )視頻的高清時(shí)代

去年八月，愛(ài)立信公司推出了首款H.265編解碼器，而在僅僅六個(gè)月之后，國際電聯(lián)（ITU）就正式批準通過(guò)了HEVC/H.265標準，標準全稱(chēng)為高效視頻編碼（High Efficiency Video Coding），相較于目前的H.264標準有了相當大的改善。H.265旨在在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò )視頻，僅需原先的一半帶寬，即可播放相同質(zhì)量的視頻。這也意味著(zhù)我們的移動(dòng)設備（手機、平板電腦）將能夠直接在線(xiàn)播放全高清（1080P）視頻。而H.265標準也同時(shí)支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清視頻，可以說(shuō)，H.265標準讓網(wǎng)絡(luò )視頻跟上了顯示屏“高分辨率化”的腳步，可能在幾個(gè)月內，你就能看到支持H.265解碼的設備上市了（如智能手機、顯卡等）。H.264統治了過(guò)去的五年，而未來(lái)的五年甚至十年，H.265很可能將會(huì )成為主流。

　　為什么H.265優(yōu)于H.264

　　在討論H.265有哪些提升和優(yōu)點(diǎn)之前，我們不妨先來(lái)了解一下H.264。

　　H.264，也稱(chēng)作MPEG-4 AVC（Advanced Video Codec，高級視頻編碼），是一種視頻壓縮標準，同時(shí)也是一種被廣泛使用的高精度視頻的錄制、壓縮和發(fā)布格式。H.264因其是藍光光盤(pán)的一種編解碼標準而著(zhù)名，所有藍光播放器都必須能解碼H.264。更重要的是，因為蘋(píng)果公司當初毅然決然拋棄了Adobe的VP6編碼，選擇了H.264，這個(gè)標準也就隨著(zhù)數億臺iPad和iPhone走入了千家萬(wàn)戶(hù)，成為了目前視頻編碼領(lǐng)域的絕對霸主，占有超過(guò)80%的份額。H.264也被廣泛用于網(wǎng)絡(luò )流媒體數據、各種高清晰度電視陸地廣播以及衛星電視廣播等領(lǐng)域。

　　?H.264相較于以前的編碼標準有著(zhù)一些新特性，如多參考幀的運動(dòng)補償、變塊尺寸運動(dòng)補償、幀內預測編碼等，通過(guò)利用這些新特性，H.264比其他編碼標準有著(zhù)更高的視頻質(zhì)量和更低的碼率，也因此受到了人們的認可。

　　H.265/HEVC的編碼架構大致上和H.264/AVC的架構相似，主要也包含：幀內預測（intra prediction）、幀間預測（inter prediction）、轉換 （transform）、量化 （quantization）、去區塊濾波器（deblocking filter）、熵編碼（entropy coding）等模塊。但在HEVC編碼架構中，整體被分為了三個(gè)基本單位，分別是：編碼單位（coding unit，CU）、預測單位（predict unit，PU） 和轉換單位（transform unit，TU ）。

　　比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具來(lái)降低碼率，以編碼單位來(lái)說(shuō)，H.264中每個(gè)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。以下圖為例，信息量不多的區域（顏色變化不明顯，比如車(chē)體的紅色部分和地面的灰色部分）劃分的宏塊較大，編碼后的碼字較少，而細節多的地方（輪胎）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。同時(shí)，H.265的幀內預測模式支持33種方向（H.264只支持8種），并且提供了更好的運動(dòng)補償處理和矢量預測方法。

　　反復的質(zhì)量比較測試已經(jīng)表明，在相同的圖象質(zhì)量下，相比于H.264，通過(guò)H.265編碼的視頻大小將減少大約39-44%。由于質(zhì)量控制的測定方法不同，這個(gè)數據也會(huì )有相應的變化。通過(guò)主觀(guān)視覺(jué)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(zhì)量還能與H.264編碼視頻近似甚至更好，其本質(zhì)上說(shuō)是比預期的信噪比（PSNR）要好。這些主觀(guān)視覺(jué)測試的評判標準覆蓋了許多學(xué)科，包括心理學(xué)和人眼視覺(jué)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。

　　H.264與H.265編碼視頻的主觀(guān)視覺(jué)測試對比，我們可以看到后者的碼率比前者大大減少了

　　目前的HEVC標準共有三種模式：Main，Main 10和Main Still Picture。Main模式支持8bit色深（即紅綠藍三色各有256個(gè)色度，共1670萬(wàn)色），Main 10模式支持10bit色深，將會(huì )用于超高清電視（UHDTV）上。前兩者都將色度采樣格式限制為4:2：0。預期將在2014年對標準有所擴展，將會(huì )支持4:2：2和4:4：4采樣格式（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(shí)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H