网络视频的福音 H.265压缩标准解析

    在线视频网站普遍提供有高清画质的视频，但是受制于网络带宽，这些高清甚至是超清的视频与真正高清视频相比，画质上还有着非常明显的差距。h.265压缩标准的推出，正是为了解决网络带宽与视频质量之间的矛盾。在h.265标准的应用上，在线视频网站是 为积极的，国内两个在线视频网站——迅雷和pps都已经开始支持h.265标准，特别是pps客户端已经加入了有50多部影片的臻高清h.265专区。这种全新的h.265视频压缩标准有什么新特性，对未来在线视频的影响，这将是今天我们本期将要探讨的话题。

h.265标准好在哪里：动态调整宏大小降低码率

    在过去五年中，凭借更高视频质量和更低的码率，h.264压缩标准成为编码领域当之无愧的主流标准，占有超过80%的市场份额，被广泛地应用于网络视频、电视以及卫星电视等领域。但是面对用户对在线视频画质要求的不断提升，再加上4k时代的到来，在线视频问价的体积不断变大，在网络带宽有限的情况下，这就需要消耗更多的带宽，因此h.264标准就显得有些力不从心了。

    h.265也称为 “hevc(high-efficiency video coding)”标准，这是iso/iec和itu-t联合制定的 新视频编解码标准，主要针对超高画质电视及视频编码系统的应用标准。。

    h.265标准围绕着现有的视频编码标准h.264，保留原来的某些技术，同时对一些相关的技术加以改进。在编码架构上，h.265编码单元、预测单元和变换单元三部分组成。编码单元类似于h.264中的宏块的概念；预测单元是进行预测的基本单元，变换单元是进行变换和量化的基本单元。这三个单元的分离，使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活，也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征，有利于各个单元更优化的完成各自的功能。

    以编码单元为例，h.264标准中每个宏块的大小固定为16×16像素，而h.265的编码单元可以从8×8像素到64×64像素来灵活选择。信息量较少的区域，编码单元会变大，编码后的字节占用量较小；而细节较多的区域，编码单元就小了很多，编码后的直接占用量相对较大。这实际上就是对图像进行有重点的编码，通过动态调整宏块大小，从而降低整体的码率（字节容量），提升编码的效率。此外，h.265标准还有一系列的改进，例如帧内预测模式支持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。

左图是传统的h.264标准，每个宏块大小都是固定的；右图是h.265标准，编码单元大小是根据区域信息量来决定的

在同样画质之下，h.265标准压缩的视频（右）码率，码率仅为1927kbps，而h.264标准压缩的视频码率达到了4112kbps，差别很大

码率下降的趋势图

    正是有了这一系列的优化，通过反复进行的画质对比测试已经表明，同样的图像质量下，运用h.265标准编码的视频比h.264标准编码的视频文件字节占用减少了39%～44%，这对于网络视频绝对是一个利好消息，现有画质视频所占带宽将大大减少，未来在网络上观看真正1080p甚至是4k视频都成为了可能。

对硬件解码性能又是一次考验

    h.265标准虽然有效降低了码率，但对于硬件解码能力却提出了更高的要求。当年h.264初出茅庐之时，压缩效率比mepg-2提升1倍却将硬件性能需求提高了至少3倍，那时主流的pentium d和athlon x2处理器表示压力很大，如今h.265又将促使处理器/显卡解码能力进行提升。现在h.265的压缩效率再提升1倍，解码运算量飙升到400~500gops。这对于现有的处理器来说，依然是压力很大。尽管显卡能对硬件视频提供帮助，但遗憾的是目前显卡厂商尚未提供广泛的h.265硬解支持。因此，很有可能出现高清视频体积小了，但无法流畅播放的状况。无论是pc，还是平板电脑、智能手机，大幅提升硬件的解码能力是当务之急。

要推广先解决专利问题

    h.265标准可以向下兼容的优势，使得不少原来生产h.264标准的厂商，正在迅速布局h.265支持进程。爱立信公司在去年8月推出首款h.265编译码器，而在今年初的ces上，博通公司也发布第一个支持h.265视频编码技术的uhdtv家庭网络网关芯片bcm7445，将促成超高清(4000×2000的分辨率)电视进入家庭。此外，高通不仅与40多家公司共同投h.265编译码技术标准化作业，并已开发出支持h.265的图像处理芯片，预计自今年应用于影音播放器与移动设备上。有了厂商和在线视频网站的大力支持，h.265标准的应用将大大提速，专业人士预测，大约在2014年~2015年，h.265标准就可以实现大规模应用。

    不过，和h264标准一样，h.265使用也会受到专利的限制。目前，厂商申请的h.265技术专利可能高达500项之多。但截至目前，谁拥有哪些专利，数量有多少，厂商们预计要交的授权费用是多少，这些都尚未明朗。虽然mpeg la组织正在推动建立 h.265 专利池，但仍面临一些挑战。例如，就新标准本身而言，许多握有相关专利的厂商并未参与之前的专利池，包括联发科、高通和三星等，他们都不想加入该组织，而是倾向于自行收取授权费。未来h.265专利权人是否能在授权费用上达成共识仍是个问题？

延伸阅读：

h.265的天敌：谷歌压缩标准

    这里不得不提一下h.265的敌人，这个敌人就是互联网大佬谷歌，它自己搞了一套免费的视频压缩标准。在2010年初，谷歌收购on2公司后，发展出一套名为“vp8”的标准，主要针对的就是在线视频这一领域。我们都知道，html 5是近十年来web开发标准重大的飞跃。在html 5平台上，视频、音频、图片、动画以及同电脑的交互都被标准化，使得浏览器能够以一种易于使用的方式处理音频及视频文件。但html 5标准确立 大的争议就是有关视频元素所支持的编解码器的问题。比如mozilla坚持将开放的ogg标准加入进来，苹果则争抢着把mp4标准加入，而谷歌推行的就是vp8。谷歌声称它能够在相同码率下提供比当今流行的h.264更好的画质，或是在相同画质下使用更少的带宽。

    2013年，谷歌又拿出了更厉害的武器——vp9压缩标准。采用这一标准压缩的视频，在相同画质下，视频体积比h.264视频可以节省一半以上的带宽，而且画质会好于h.265标准视频，更重要的是vp9压缩标准也是免费的。这一新标准已经在chrome 及 youtube上得到了应用。

    h.265标准和vp9标准的特点是如此的相近，在未来的在线视频网站上，两者肯定会激烈地较量一番。

在同等画质下，h.264标准与vp9标准视频大小对比

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