【安防知識(shí)網(wǎng)技術(shù)芯周刊第1期】#剝開(kāi)噱頭、鼓吹，挖出產(chǎn)品技術(shù)的最強(qiáng)芯#

　　鑒于去年底盒子產(chǎn)品在抱“H.265”大腿時(shí)，頭破血流的場(chǎng)景，地球人已經(jīng)無(wú)法阻止H.265走向神壇了。廣大攝像機(jī)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(guò)去的這3個(gè)半月以來(lái)，安防產(chǎn)業(yè)總是能想方設(shè)法爆出一系列“99元?jiǎng)疟瑑r(jià)”的新聞和“H.265芯片已經(jīng)推出”技術(shù)熱點(diǎn)，來(lái)排解你蹲坑時(shí)的寂寞。但這僅僅只是制造市場(chǎng)輿論的小伎倆，畢竟對(duì)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(lái)了。什么?沒(méi)勁?我說(shuō)的是國(guó)產(chǎn)的!

　　編解碼格式這玩意兒對(duì)于視頻來(lái)說(shuō)就好比mp3之于音樂(lè)，事業(yè)線之于薪水，杰士邦之于情人節(jié)，時(shí)常以一種“沒(méi)你我玩不轉(zhuǎn)”的方式存在著。在這個(gè)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(fèi)周章增加帶寬的前提下獲得更高清更唯美的視頻畫(huà)質(zhì)體驗(yàn)。對(duì)于這樣的期待，交給H.265好了。H.264統(tǒng)治了過(guò)去的五年，按照“人品守恒定律”來(lái)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(shuō)吧，就是分別制定H.26X和MPEGX標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)組織合并之后的名稱，聽(tīng)起來(lái)很厲害的樣子。2012年8月，愛(ài)立信公司推出了首款H.265編解碼器，而在僅僅六個(gè)月之后，國(guó)際電聯(lián)(ITU)就正式批準(zhǔn)通過(guò)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(lái)的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。具體的研究?jī)?nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時(shí)的遲延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)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(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送;H.265則可以實(shí)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(lái)說(shuō)，H.265仍然沿用了H.264的混合編碼框架，但是每個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)都有提升或改進(jìn)。比較大的改進(jìn)是：1)在圖像分塊以及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(cè)、運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)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(tái)的有效實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展了空間。

　　H.264 VS H.265

　　安防知識(shí)網(wǎng)偉大的技術(shù)小編曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：沒(méi)有比較就沒(méi)有進(jìn)步!

　　廢話不多講!我們直接上圖!!!

　　現(xiàn)在，利用球員運(yùn)動(dòng)圖片決定比較H.265，H.264來(lái)看看看到什么是什么結(jié)果

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

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

　　一個(gè)極端的情況下，8位與10位

　　H.265的技術(shù)優(yōu)勢(shì)凸顯

　　1、更大的宏塊和變換塊。相對(duì)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(gè)數(shù)，減少用于描述宏塊內(nèi)容的參數(shù)信息，同時(shí)整形變換塊大小也相應(yīng)擴(kuò)大，用于減少H.264中變換相鄰塊問(wèn)的相似系數(shù)。

　　2、使用新的MV(運(yùn)動(dòng)矢量)預(yù)測(cè)方式。區(qū)別于H.264基于空間域的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)方式，H.265擴(kuò)充更加多的方向進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)，同時(shí)將預(yù)測(cè)塊的集合由原來(lái)的空間域擴(kuò)展到時(shí)間域及空時(shí)混合域，通過(guò)率失真準(zhǔn)則計(jì)算后選擇最佳的預(yù)測(cè)塊。使用該方法，在基本模式下測(cè)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(jì)。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(yùn)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　4、新添加的Tile劃分機(jī)制使得以往的slice、幀或GOP為單位的粗粒度數(shù)據(jù)并行機(jī)制更加適合于同構(gòu)多核處理器上的并行實(shí)現(xiàn)。Dependentslice和WPP機(jī)制解決了以往H.264等編碼技術(shù)中熵編碼環(huán)節(jié)無(wú)法并行實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，使得整個(gè)編解碼過(guò)程中DCT、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(cè)試已經(jīng)表明，在相同的圖象質(zhì)量下，相比于H.264，通過(guò)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(cè)定方法不同，這個(gè)數(shù)據(jù)也會(huì)有相應(yīng)的變化。通過(guò)主觀視覺(jué)測(cè)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(shuō)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(duì)比圖

　　意淫H.265

　　1、H.265讓手機(jī)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(shí)，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(shí)代，這個(gè)改變似乎無(wú)關(guān)痛癢，但到了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，情況就不同了。手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的興起對(duì)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(shí)可以節(jié)約大量空間和帶寬。

　　具體的來(lái)說(shuō)，H.265會(huì)分析每一幀中是否有移動(dòng)的畫(huà)面，然后把沒(méi)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(méi)有變化，這樣壓縮能保證壓縮效率增加的同時(shí)不降低畫(huà)面質(zhì)量。

　　2、H.265可以讓藍(lán)光光盤容量瞬間翻倍

　　今年的CES大會(huì)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(dòng)市場(chǎng)上，3G技術(shù)正逐漸向4G過(guò)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(jī)平板通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)就能看到1080p視頻，節(jié)省用戶和運(yùn)營(yíng)商的流量。對(duì)于藍(lán)光來(lái)說(shuō)，H.265的HEVC編碼技術(shù)足以將巨大的4K電影壓縮進(jìn)一張藍(lán)光光盤，盡管未來(lái)會(huì)出現(xiàn)100GB以上的大容量藍(lán)光盤，使用HEVC編碼的藍(lán)光盤更節(jié)省空間，還不用花錢去升級(jí)兼容更大容量藍(lán)光盤的光驅(qū)。

　　3、H.265可讓4K游戲機(jī)成為可能

　　另一個(gè)大問(wèn)題就是游戲主機(jī)對(duì)H.265標(biāo)準(zhǔn)的支持。索尼的PS2和PS3主機(jī)推動(dòng)了DVD和藍(lán)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(guò)哪些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支持?這仍然在討論中。

　　4、H.265推進(jìn)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(tái)最終可以說(shuō)服廣播電視公司放棄垂垂老矣的MPEG-2，因?yàn)橥瑯拥膬?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(kāi)始加速H.265影像壓縮芯片開(kāi)發(fā)時(shí)程，以搶攻高畫(huà)質(zhì)監(jiān)控商機(jī)。目前已經(jīng)有支持H.265解碼的芯片發(fā)布了——美國(guó)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(gè)采用28納米工藝的四核處理器，可以同時(shí)轉(zhuǎn)碼四個(gè)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(chǎng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上較消費(fèi)性電子市場(chǎng)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(huì)先以特定應(yīng)用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)測(cè)試市場(chǎng)水溫，待市場(chǎng)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(jiàn)H.265標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格應(yīng)用于百萬(wàn)像素乃至千萬(wàn)像素的網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)中。

　　目前看來(lái)，對(duì)于H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)，我們?nèi)孕璩种?jǐn)慎樂(lè)觀態(tài)度。但有一點(diǎn)是肯定的：H.265標(biāo)準(zhǔn)在同等的內(nèi)容和質(zhì)量上，會(huì)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(lái)傳送這些內(nèi)容。同時(shí)，如果移動(dòng)設(shè)備要采用H.265標(biāo)準(zhǔn)，那么其在解碼視頻時(shí)對(duì)電量的高消耗也是各大廠商需要解決的問(wèn)題。