【安防知識網(wǎng)技術(shù)芯周刊第1期】#剝開噱頭、鼓吹，挖出產(chǎn)品技術(shù)的最強芯#

　　鑒于去年底盒子產(chǎn)品在抱“H.265”大腿時，頭破血流的場景，地球人已經(jīng)無法阻止H.265走向神壇了。廣大攝像機同志們?nèi)淌芰藬?shù)年山寨大黃蜂的拙劣演技之后，終于等到了擎天柱的戲碼。

　　文/付曉勇

　　和以往一樣，在安防展過去的這3個半月以來，安防產(chǎn)業(yè)總是能想方設(shè)法爆出一系列“99元勁爆價”的新聞和“H.265芯片已經(jīng)推出”技術(shù)熱點，來排解你蹲坑時的寂寞。但這僅僅只是制造市場輿論的小伎倆，畢竟對于安防產(chǎn)業(yè)而言，技術(shù)的魅力還是在于“傳承”和“希望”(此處應(yīng)有掌聲)。等等!H.265!讓我先偷偷告訴你，據(jù)不可靠消息稱：H.265的編碼芯片已經(jīng)出來了。什么?沒勁?我說的是國產(chǎn)的!

　　編解碼格式這玩意兒對于視頻來說就好比mp3之于音樂，事業(yè)線之于薪水，杰士邦之于情人節(jié)，時常以一種“沒你我玩不轉(zhuǎn)”的方式存在著。在這個電視拼4K極清，網(wǎng)絡(luò)視頻拼超清，視頻監(jiān)控拼高清的“視頻血拼”年代，人們都希望在不用大費周章增加帶寬的前提下獲得更高清更唯美的視頻畫質(zhì)體驗。對于這樣的期待，交給H.265好了。H.264統(tǒng)治了過去的五年，按照“人品守恒定律”來看，差不多該接班了

　　H.265究竟為何物

　　H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于ITU-T VCEG，這么說吧，就是分別制定H.26X和MPEGX標(biāo)準(zhǔn)的兩個組織合并之后的名稱，聽起來很厲害的樣子。2012年8月，愛立信公司推出了首款H.265編解碼器，而在僅僅六個月之后，國際電聯(lián)(ITU)就正式批準(zhǔn)通過了HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)全稱為高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding)，相較于之前的H.264標(biāo)準(zhǔn)有了相當(dāng)大的改善。

　　H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進。具體的研究內(nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復(fù)能力、減少實時的遲延、減少信道獲取時間和隨機接入遲延、降低復(fù)雜度等。H.264由于算法優(yōu)化，可以低于1Mbps的速度實現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送;H.265則可以實現(xiàn)利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P(分辨率1280×720)普通高清音視頻傳送。

　　H.265的高明之處

　　從編碼框架上來說，H.265仍然沿用了H.264的混合編碼框架，但是每個技術(shù)細(xì)節(jié)都有提升或改進。比較大的改進是：1)在圖像分塊以及運動補償、變換方面，支持更大尺寸和種類;2)更多幀內(nèi)/幀間預(yù)測、運動矢量預(yù)測和變換模式;3)增加環(huán)內(nèi)采樣自適應(yīng)濾波SAO;4)提供TILE模式，更好地支持并行處理等。這些新技術(shù)的應(yīng)用，不但有效地提高壓縮性能，也為各種處理器平臺的有效實現(xiàn)擴展了空間。

　　H.264 VS H.265

　　安防知識網(wǎng)偉大的技術(shù)小編曾經(jīng)說過：沒有比較就沒有進步!

　　廢話不多講!我們直接上圖!!!

　　現(xiàn)在，利用球員運動圖片決定比較H.265，H.264來看看看到什么是什么結(jié)果

　　現(xiàn)在比較后，這樣變得有點怪：似乎H.264能提供更清晰的圖像，但同時相比H.265流量卻幾乎大上一倍。

　　事實上，你可以看到在下面的圖中，H.265是能夠在一個更小的封裝實現(xiàn)了更好的結(jié)果(10bit是H.265)。

　　一個極端的情況下，8位與10位

　　H.265的技術(shù)優(yōu)勢凸顯

　　1、更大的宏塊和變換塊。相對于H.264的4×4、8×8、16×16宏塊類型，H.265引入了32×32、64×64甚至于128×128的宏塊，目的在于減少高清數(shù)字視頻的宏塊個數(shù)，減少用于描述宏塊內(nèi)容的參數(shù)信息，同時整形變換塊大小也相應(yīng)擴大，用于減少H.264中變換相鄰塊問的相似系數(shù)。

　　2、使用新的MV(運動矢量)預(yù)測方式。區(qū)別于H.264基于空間域的運動矢量預(yù)測方式，H.265擴充更加多的方向進行幀內(nèi)預(yù)測，同時將預(yù)測塊的集合由原來的空間域擴展到時間域及空時混合域，通過率失真準(zhǔn)則計算后選擇最佳的預(yù)測塊。使用該方法，在基本模式下測試，在與H.264相同質(zhì)量的情況下，得到平均為6.1%的壓縮增益，復(fù)雜圖像的壓縮增益甚至能提高到20%。

　　3、更多的考慮并行化設(shè)計。當(dāng)前芯片架構(gòu)已經(jīng)從單核性能逐漸往多核并行方向發(fā)展，H.265引入了Entropyslice、WPP等并行運算思路，使用并行度更高的編碼算法，更有利于H.265在GPU/DSP/FPGA/ASIC等并行化程度非常高的CPU中快速高效的實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　4、新添加的Tile劃分機制使得以往的slice、幀或GOP為單位的粗粒度數(shù)據(jù)并行機制更加適合于同構(gòu)多核處理器上的并行實現(xiàn)。Dependentslice和WPP機制解決了以往H.264等編碼技術(shù)中熵編碼環(huán)節(jié)無法并行實現(xiàn)的問題，使得整個編解碼過程中DCT、運動估計、運動補償、熵編碼等任務(wù)模塊的劃分更加均衡，顯著提高并行加速比。

　　5、更低的碼流。反復(fù)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H.265編碼的視頻碼流大小比H.264減少大約39-44%。由于質(zhì)量控制的測定方法不同，這個數(shù)據(jù)也會有相應(yīng)的變化。通過主觀視覺測試得出的數(shù)據(jù)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)上說是比預(yù)期的信噪比(PSNR)要好。

　　標(biāo)清(SD)，高清(HD)和8K分辨率超高清(UHD)視頻大小對比圖

　　意淫H.265

　　1、H.265讓手機流播高清視頻成為可能

　　與H.264相比，H.265在壓制1080p高清視頻時，碼率只有前者50%，而且不影響清晰度。在有線電視網(wǎng)絡(luò)時代，這個改變似乎無關(guān)痛癢，但到了網(wǎng)絡(luò)時代，情況就不同了。手機等移動設(shè)備的興起對流播視頻的數(shù)據(jù)量提出了苛刻要求，H.265在播放1080P、4K、8K超清電影時可以節(jié)約大量空間和帶寬。

　　具體的來說，H.265會分析每一幀中是否有移動的畫面，然后把沒有變化的部分壓縮。如果靜態(tài)幀越多則壓縮率越高，由于大多數(shù)視頻90%的部分都沒有變化，這樣壓縮能保證壓縮效率增加的同時不降低畫面質(zhì)量。

　　2、H.265可以讓藍光光盤容量瞬間翻倍

　　今年的CES大會上多家廠商都準(zhǔn)備推出4K超清電視，H.265的出現(xiàn)正好迎合了超清視頻的需求。而移動市場上，3G技術(shù)正逐漸向4G過渡，H.265視頻不僅可以提高網(wǎng)絡(luò)視頻質(zhì)量，讓更多用戶使用手機平板通過4G網(wǎng)絡(luò)就能看到1080p視頻，節(jié)省用戶和運營商的流量。對于藍光來說，H.265的HEVC編碼技術(shù)足以將巨大的4K電影壓縮進一張藍光光盤，盡管未來會出現(xiàn)100GB以上的大容量藍光盤，使用HEVC編碼的藍光盤更節(jié)省空間，還不用花錢去升級兼容更大容量藍光盤的光驅(qū)。

　　3、H.265可讓4K游戲機成為可能

　　另一個大問題就是游戲主機對H.265標(biāo)準(zhǔn)的支持。索尼的PS2和PS3主機推動了DVD和藍光標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。而即將發(fā)布的PS4理論上很可能將支持4K分辨率的內(nèi)容，但4K分辨率的視頻該怎樣傳送，通過哪些標(biāo)準(zhǔn)進行支持?這仍然在討論中。

　　4、H.265推進電視高清化

　　就目前而言，有線電視和數(shù)字電視廣播主要采用仍舊是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。好消息是，H.265標(biāo)準(zhǔn)的出臺最終可以說服廣播電視公司放棄垂垂老矣的MPEG-2，因為同樣的內(nèi)容，H.265可以減少70-80%的帶寬消耗。這就可以在現(xiàn)有帶寬條件下輕松支持全高清1080P電視。

　　真刀真槍，H.265正在下水

　　目前包括德州儀器(TI)、Altera、賽靈思(Xilinx)、意法半導(dǎo)體(ST)與睿致科技等芯片商都已開始加速H.265影像壓縮芯片開發(fā)時程，以搶攻高畫質(zhì)監(jiān)控商機。目前已經(jīng)有支持H.265解碼的芯片發(fā)布了——美國博通公司(Broadcom)在今年1月初的CES大展上發(fā)布了一款Brahma BCM7445芯片，它是一個采用28納米工藝的四核處理器，可以同時轉(zhuǎn)碼四個1080P視頻數(shù)據(jù)流或解析分辨率為4096×2160的H.265編碼超高清視頻。由于安控市場在產(chǎn)品設(shè)計上較消費性電子市場保守，因此各家芯片業(yè)者在H.265芯片量產(chǎn)初期，很可能會先以特定應(yīng)用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)測試市場水溫，待市場更加成熟后，再推出系統(tǒng)單芯片(SoC)方案。預(yù)估2014年即可看見H.265標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格應(yīng)用于百萬像素乃至千萬像素的網(wǎng)絡(luò)攝影機中。

　　目前看來，對于H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)，我們?nèi)孕璩种?jǐn)慎樂觀態(tài)度。但有一點是肯定的：H.265標(biāo)準(zhǔn)在同等的內(nèi)容和質(zhì)量上，會顯著地減少帶寬消耗，有了H.265，高清1080P電視廣播和4K視頻的網(wǎng)絡(luò)播放將不再困難，但前提是索尼或者其它媒體巨頭能想出辦法來傳送這些內(nèi)容。同時，如果移動設(shè)備要采用H.265標(biāo)準(zhǔn)，那么其在解碼視頻時對電量的高消耗也是各大廠商需要解決的問題。