H.265技術助推視頻發展

陳 濤

（熊貓漢達科技有限公司，南京 210000）

H.265技術助推視頻發展

陳 濤

（熊貓漢達科技有限公司，南京 210000）

H.265技術通過更加復雜的技術實現帶寬減半，質量翻倍的效果。

視頻編碼；H.264；H.265/HEVC；應用

1 H.265/HEVC簡介和技術改進

1.1 H.265簡介

為了滿足視頻向高分辨率、高幀率發展的需求,2010年1月,ITU-T和ISO聯合成立的JCT-VC,制定了新一代視頻編碼標準H.265/HEVC[1],[2],因其在有限帶寬環境下傳輸更高質量視頻的優勢正在被逐漸的應用。

1.2 H.265/HEVC技術改進

H.265/HEVC的編碼架構類似于H.264/AVC,采用幀內預測、幀間預測、轉換、量化、去區塊濾波、熵編碼等多個模塊實現。其中,利用幀內預測消除視頻圖像在空間上的冗余,利用幀間預測消除視頻在時間上的冗余,通過轉換量化降低結構方面的冗余,經過算術編碼降低統計冗余,通過濾波處理降低編碼圖像失真[3]。

相對于H.264/AVC,HEVC引入了更多的編碼結構[4],以編碼單元來說,H.264編碼的每個宏塊都是固定的16*16像素,H.265編碼單元支持的尺寸可在8*8到64*64范圍內選擇,這樣實現了對圖像不同區域進行不同程度的編碼,降低了圖像整體的碼率,且編碼效率大大提高。

此外,相對比H.264支持的8種幀內預測模式, H.265的幀內預測模式支持到33種方向,大大地降低空間、時間冗余,提高了壓縮率,根據相關測試,在相同的視頻質量下,H.265相比H.264的編碼,視頻大小減少大約39%～44%。

2 H.265/HEVC與H.264實際測試對比

2.1 編碼質量DMOS值測試

在視頻源、碼率帶寬一定的前提下,通過測試DMOS值對比H.264編碼和H.265編碼質量,如圖1、圖2、圖3。圖1、圖2的2*2版式中,左上角為原始文件,右上角為編解碼后的文件,左下角為H.264/ H.265的編碼DMOS值,右下角為編解碼文件與原始文件的差值；圖3為H.264和H.265的DMOS值對比圖,藍色曲線為H.265的DMOS值,粉色曲線為H.264的DMOS值。

圖1 H.264編碼質量

圖2 H.265編碼質量

圖3 編碼DMOS值

通過對比圖1和圖2的差值（2*2版式的右下角圖）,圖2差值小于圖1,此外,圖3中可以通過曲線對比更加明顯地顯示H.265的DMOS值相對H.264的DMOS值更小,說明在相同碼率下,H.265編碼質量高于H.264。

2.2 碼流壓縮比對比

對同一高清1080P視頻源,設定2選定同一高清1080P視頻源,設定2Mb/s,4Mb/s,6Mb/s,8Mb/s多個編碼碼率；在不同編碼碼率下對視頻進行H.264、H.265編碼,測試DMOS值,制作DMOS曲線圖（如表1所示）；通過對比DMOS曲線圖（如圖4所示）,在同樣的DMOS值下（橫向）,比較H.265曲線和H.264曲線的碼率（縱向）。

在同一DMOS值下（如30）,H.265碼率將近4.5Mb/s,H.264碼率將近7.3Mb/s,H.265相比H.264壓縮比提高38%；在同一DMOS值下（如40）,H.265碼率將近3Mb/s,H.264碼率將近5Mb/s,H.265相比H.264壓縮比提高40%。通過對比可知,使用相同質量的視頻源,相比H.264,通過H.265編碼的視頻大小將減少大約40%。

圖4 H.264和H.265質量對比圖

表1 不同碼率下視頻編碼DMOS值

2.3 編碼速度對比

在實際中,在同樣的計算機環境下,分別測試H.264和H.265的編碼速度,表2為不同碼率下編碼速度的實測數據。從數據可知,H.265編碼速度相比H.264降低2/3。這是因為H.265技術的改進,使得計算量增加至少20倍,計算量的增加換取較高的壓縮率這就需要更多的硬件資源來支撐。

而在解碼方面,有數據表明對芯片計算量的要求將近H.264的2～3倍左右。

表2 不同碼率下編碼速度對比

3 H.265/HEVC應用

3.1 廣電/運營商視頻內容及終端應用

在我國,電視作為家庭接收信息的主要方式,其節目的接收主要依靠廣電網絡。采用H.265技術可以使得用戶在觀看高清視頻甚至4K視頻時有更流暢的感受。此外,基于H.265技術可以實現高清互動業務的開展。H.265因其技術的改進可以大大減少對帶寬的消耗,降低視頻播發成本,提升OTT的服務質量,通過網絡來促進業務的開展,使得運營商可以具備更多業務運營的能力和成本。在廣電方面,H.264和H.265的壓縮效率比較如表3所示[5]。

表3 H.264/H.265壓縮效率表

同時,在三網融合的形勢下,多終端使用的需求愈加增大,采用H.265技術在播放高清節目時可以節約大量空間,保證流暢性。終端,運營商也紛紛推出支持H.265的機頂盒,適應產業鏈中前端視頻內容向H.265的升級,滿足高清視頻解碼需求。

3.2 互聯網視頻

H.265帶寬減半、清晰度翻倍的優勢對于視頻網站來說無疑是福音。高清視頻的畫質帶給網絡視頻用戶優秀的體驗,但同時給視頻網站帶來較高的帶寬成本和沉重的盈利壓力,視頻網站急需要通過提升編碼效率來適應網絡需求。因此,H.265技術的出現,使得多數視頻網站看到了希望,如迅雷、PPS、優酷等全面轉身H.265標準。

3.3 衛星通信

在衛星通信方面,H.265技術使得低帶寬傳輸視頻成為可能,可以將其與動中通系統充分結合,滿足動中通系統在實際使用中的嚴苛需求。

動中通系統是在移動載體之間通過衛星傳遞語音、數據、視頻等多媒體信息。因載體的移動性,需視頻處理設備能夠在低于2M的帶寬下傳輸高質量圖像；終端能夠適應衛星信道時常中斷的現狀,及時恢復圖像；終端能夠適應環境的變化,具備抗高低溫、抗電磁干擾性[6]。

而將H.265技術運用于動中通的衛星通信中,采用自適應偏移、運動估計、幀內預測等技術,使得終端能夠充分滿足上述需求,同時針對衛星鏈路做特殊化處理,在先進的圖像預處理以及改進的濾波技術等基礎上,使得傳輸的圖像能夠在低照度下降低噪點影響并排除其他干擾。在衛星通信方面, H.265和H.264編碼碼率如表4所示。

表4 H.264和H.265編碼碼率對比

4 結束語

視頻的需求呈現向高分辨率、高幀率、高壓縮率發展的趨勢,H.265能夠適應市場的需求。在探索將此技術應用于多個行業的過程中,勢必給人們的生活、工作帶來更加積極深遠的影響。

[1]Bross B, Schwarz H, Marpe D. The New High-Efficiency Video Coding Standard[J].SMPTE Motion Imaging Journal.2013,122(4):25-35.

[2]Ohm J, Sullivan G J. High efficiency video coding: The next frontier in video compression [standards in a nutshell][J]. IEEE Signal Processing Magazine.2013, 30(1): 152-158.

[3]Sullivan G J, Ohm J, Han W J, et al. Overview of the high efficiency video coding (HEVC) standard[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2012, 22(12):1649-1668.

[4]王建富．H.265/HEVC編碼加速算法研究[D]．中國科學技術大學, 2015

[5]錢振凱,唐凡．H.265編碼在廣電網絡中的應用前景分析[J]．有線電視技術,2014(10):32-34, 37

[6]賁海霞．H.265在衛星動中通圖像傳輸中的應用[J]．數字通信世界, 2014(4):11-1

H.265 Technology Boost the Development of Video

Chen Tao
(Panda Handa Technology Co., Ltd., Nanjing, 210000 )

H.265 achieve bandwidth halved, and quality doubled through more complex technology based on H.264 technology.

video coding; H.264; H.265 / HEVC; application

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.12.010

TN919 文獻標示碼：A

1672-7274（2016）12-0039-03

陳 濤,男,1984年生,湖北武漢人,畢業于華中科技大學,研究生學歷,工程師,現于南京熊貓漢達科技有限公司工作。