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浅析H.265编解码技术

内容摘要:H.265技术内容 H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。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。 H.265的研发目的从
H.265技术内容

  H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。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。

  H.265的研发目的从命名就可以看出端倪,H.265又名HEVC(High Efficiency Video Coding,高效率视讯编码),其最主要的用途就是要进一步降低影片所需的流量,以降低储存与传输的成本。H.265要求在最佳的编码范本(profile)中,能在维持相同PSNR的前提下,节省以H.264压缩的1080P监控视频36%左右的资料量,并且能在影像品质差不多时,将节省的幅度进一步提升到50%。

  H.265使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。具体的内容包括:提高压缩效率、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。

  H.265技术亮点

  与H.264相比,虽然H.264的算法优化,可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送,但H.265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P(分辨率1280*720)普通高清音视频传送。这是因为相对于H.264,H.265 标准的算法复杂性有了大幅提升,以此获得较好的压缩性能。H.265在很多特性上都做了较大的改进:

  综合来说,H.265的技术亮点为:

  灵活的编码结构

  在H.265中,将宏块的大小从H.264的16x16扩展到了64x64,以便于高分辨率视频的压缩。

  灵活的块结构----RQT(Residual Quad-tree Transform)

  下图为主要SIZES上的区别:

  RQT是一种自适应的变换技术,这种思想是对H.264/AVC中ABT(Adaptive Block-size Transform)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。

  采样点自适应偏移(Sample Adaptive Offset)

  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%。

  自适应环路滤波(Adaptive Loop Filter)

  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。

  并行化设计

  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实现,HEVC/H.265 引入了很多并行运算的优化思路。

  H.265技术的优化

  目前普遍的设备厂商都是在做类似smart H.265技术。根据“大部分监控场景变化较少、背景稳定,监控观看者通常关注运动目标”的特点,将H.265压缩技术与智能分析技术相结合,通过建立背景模型和提取前景目标,对前景和背景采用不同的编码方式,从而在保证主观质量的前提下,提高编码压缩性能,明显降低码率。

  H.265技术的延伸

  前端采集设备和后端存储设备支持H.265是前提条件。就现阶段来说,H.265设备价格还是相较H.264还是要高一些。H.265的应用还是在一些4K或8K高清摄像机,后端使用大盘位的专用存储设备来直存,这样,可以省去一部分H.265硬盘录像机的需求,同时部署后端软件监控平台,可以直接查询和调取大盘位存储设备中的录像资料。

  微软Windows 10操作系统中原生内置了 HEVC(高效率视频编码,或称为 H.265)支持,即可以直接通过windows10系统高效率的播放4K或8K的视频了。作为新一代视频编码技术,H.265有着前面几代编码技术,如MPEG-4、H.264等无可比拟的优势,即目前没有能够与之竞争的压缩技术,因此兼容性方面也是一个很大优势。总之,H.265将会大大促进包括高清视频在内的视频应用的快速发展。

  H.265技术的难题

  在监控行业,H.265已经被多家芯片方案提供商所支持,但是从实际市场来看,使用H.265的产品还是非常的少。如果已经完成的项目,更换为H.265的网络摄像机,那么相应的后端存储也需要更换为支持H.265的产品,这样的话,整体项目改造的投入过大。

  对于的新的项目,H.265还是比较新的技术,各个安防厂家基本上还是将H.265纳入自己的高端产品线,这样新项目的整体成本也是要高于使用H.264的设备投入。

  其实从目前整个监控行业的布局来看,更适合使用H.265的场合就是像4K/8K这样的需求。更高的清晰度,更低的带宽。使用H.265可以将原有的带宽至少降低50%,不管是网络传输,还是后端的存储空间都能够得到很大的帮助。

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