HEVC

　　技術(shù)簡介

　　視頻壓縮已經(jīng)是我們生活中必不可少的家庭娛樂之一，如果沒有它的存在，那么我們將活在一個全球范圍內(nèi)只有幾十個電視頻道的世界里，放在眼下那簡直是無法想象的。數(shù)字技術(shù)首次出現(xiàn)在英國，那時候人們已經(jīng)有了電視機(jī)，通過數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)化演變，地面電視頻道迅速地從5個發(fā)展到了30多個，極大的豐富了人們的日常生活娛樂。

　　當(dāng)初的人們可觀看的電視內(nèi)容并不多

　　但是，現(xiàn)有的壓縮方案，比如H.264、MPEG-4等等仍然是非常落后的技術(shù)，也許你會說像蘋果iTunes中的各種視頻內(nèi)容下載、天空臺高清電視頻道的編解碼器等都使用H.264技術(shù)，但如今我們正在引進(jìn)更高效率視頻編碼(HEVC，即H.265)卻仍然是不爭的事實(shí)。

　　HEVC壓縮方案可以使1080P視頻內(nèi)容時的壓縮效率提高50%左右，這就意味著視頻內(nèi)容的質(zhì)量將上升許多，而且可以節(jié)省下大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，對于消費(fèi)者而言，我們可以享受到更高質(zhì)量的4K視頻、3D藍(lán)光、高清電視節(jié)目內(nèi)容。

　　視頻壓縮方案主要被運(yùn)用在提高畫面質(zhì)量上

　　實(shí)際上，HEVC和H.264視頻編碼的差異是極小的，至少在主要性能上是相同的，它們都能使畫面實(shí)際編碼的畫幅變得更大，比如從2K到4K、從4K到8K分辨率的變化，它們的目的是使得全高清視頻的播放速率變得更快。Netflix公司在2013年的CES展會上已經(jīng)演示過該技術(shù)。

　　各種4K高清設(shè)備都需要HEVC協(xié)議支持

　　HEVC可以被認(rèn)為很快即將流行的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)椴还苁?D藍(lán)光播放器還是其他的一些流媒體播放器，它都急需一個新的編解碼器，以達(dá)到播放4K內(nèi)容的能力。非?？上驳氖荋EVC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的整個框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)被確定，它將在H.264標(biāo)準(zhǔn)2至4倍的復(fù)雜度基礎(chǔ)上，將壓縮效率提升一倍以上。

　　當(dāng)然，新的編解碼器也有不可避免的缺點(diǎn)，它們不支持大多數(shù)硬件，通常需要效率更高，更多的處理器來輔助，這意味著，如果有一個固件需要更新，而編解碼器卻跟不上升級速度的話，那么我們的電視機(jī)頂盒和藍(lán)光播放機(jī)是無法播放HEVC編碼內(nèi)容的，需要等待解決方案出現(xiàn)后才能繼續(xù)使用。

　　松下公司已明確支持HEVC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

　　即便如此，世界上許多知名電視機(jī)品牌和媒體運(yùn)營商依然將HEVC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)作為未來主要研發(fā)的媒體格式，比如松下公司就已經(jīng)明確表態(tài)，要在其未來的4K電視及OLED電視上使用該協(xié)議。相信在不久之后，HEVC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)一定會以強(qiáng)勁的壓縮效率表現(xiàn)，將視頻壓縮技術(shù)推向全新的高度，成為各電視和廣播載體的標(biāo)桿。[2]

　　發(fā)展歷史

　　早在2004年，ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）開始研究新技術(shù)以便創(chuàng)建一個新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。在2004年10月，H.264/ AVC小組對潛在的各種技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查。2005年1月VCEG的會議上，VCEG開始指定某些主題為“關(guān)鍵技術(shù)”作進(jìn)一步研究。2005年成立軟件代碼庫稱為Key Technical Areas （KTA）用來評估這些新的“關(guān)鍵技術(shù)。KTA的軟件是在聯(lián)合模型（JM）基礎(chǔ)上由MPEG和VCEG的視頻組聯(lián)合開發(fā)的，項(xiàng)目名稱暫定為H.265和H.NGVC（Next-generation Video Coding），此項(xiàng)目在2010年最終演化為由VCEG和MPEG合資項(xiàng)目也叫做HEVC（High efficiency video coding）。

　　按照NGVC的初步要求，在維持視覺質(zhì)量相同的情況下，比特率較H.264/MPEG-4 AVC的高中檔（high profile），計算復(fù)雜度維持在比特率較H.264/MPEG-4 AVC的高中檔的1/2至3倍之間。 “H.265” 只是作為 “高性能視頻編碼（HEVC）”一個昵稱。2009年7月，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明比特率相較于H.264/AVC High Profile平均降低20%左右，這些結(jié)果促使MPEG與VCEG合作發(fā)起的新的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

　　2010年1月，VCEG和MPEG開始發(fā)起視頻壓縮技術(shù)正式提案。相關(guān)技術(shù)由視頻編碼聯(lián)合組（Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC）)審議和評估，其合作小組第一次會議于2010年4月召開大會，一共有27個完整的提案。評價結(jié)果表明，一些提案在許多測試用例可以達(dá)到只用一半的比特率并維持H.264/AVC相同的視覺質(zhì)量。在這次會議上，聯(lián)合項(xiàng)目名改稱為高效率的視頻編碼（HEVC），并且JCT-VC小組把相關(guān)技術(shù)集成到一個的軟件代碼庫和標(biāo)準(zhǔn)文本草案規(guī)范，并進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，以評估各項(xiàng)功能。

　　2012年2月10日，在美國圣何塞召開了第99屆MPEG會議。MPEG組織和ITU-T組織對JCT-VC的工作表示滿意，準(zhǔn)備于2013年1月，同時在ISO/IEC和ITU-T發(fā)布HEVC標(biāo)準(zhǔn)的最終版本。

　　2013年1月26號，HEVC正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。

　　主要特點(diǎn)

　　HEVC草案設(shè)計，包括各種編碼技術(shù)：

　　樹狀結(jié)構(gòu)的預(yù)測和殘差塊分割

　　擴(kuò)展預(yù)測塊大小（最多為64×64）

　　變尺寸塊變換（從4x4到32x32離散余弦變換，還有4x4離散正弦變換）

　　整數(shù)逆變換

　　基于多達(dá)33個方向的幀內(nèi)預(yù)測與預(yù)測類型

　　基于模式依賴正弦/余弦變換

　　自適應(yīng)運(yùn)動矢量預(yù)測選擇機(jī)制（AMVP）

　　Merge模式及基于Merge模式的Skip模式

　　基于空間和時間的運(yùn)動矢量預(yù)測

　　多幀運(yùn)動補(bǔ)償預(yù)測

　　高精度運(yùn)動補(bǔ)償插值（亮度8tap，色度4tap）

　　去塊濾波器

　　采樣自適應(yīng)濾波器 (SAO)

　　上下文自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼（CABAC）

　　進(jìn)度表

　　HEVC標(biāo)準(zhǔn)時間表如下：

　　2012年2月：委員會草案（完整的標(biāo)準(zhǔn)草案）

　　2012年7月：國際標(biāo)準(zhǔn)草案

　　2013年1月：國際標(biāo)準(zhǔn)最終草案（準(zhǔn)備被批準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)）

　　應(yīng)用前景

　　以視頻網(wǎng)站為例，運(yùn)營最大的支出成本就是寬帶成本。一旦采用新型視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)以后，視頻的帶寬成本將大幅降低，“動畫片的帶寬成本將降至現(xiàn)有成本的1/3，普通影視作品將降至現(xiàn)有成本的一半。”

　　電影、動畫片等視頻經(jīng)HEVC視頻壓縮服務(wù)后，手機(jī)用戶觀看在線視頻不僅流量耗費(fèi)大大減少，且下載速度會更快，畫質(zhì)基本不會受到影響，即使在線觀看也會更流暢，不會老是卡機(jī)。