浅析视频压缩最新标准H265

浅析视频压缩最新标准H.265[摘要]最新视频压缩标准应时代的要求而生，对社会的发展有很大的促进作用，也能给我们的生活带来便利。本文首先介绍了H.265的制定时间与缘由，其次将H.265与H.264进行了简单的对比，然后重点研究了H.265的5个技术亮点，最后简单介绍了H.265的应用现状。[关键词]H.265H.264视频压缩编解码1.H.265的制定2013年2月，ITU-TVCEG正式推出视频压缩最新标准H.265，为音视频服务提供了更优的编码方法。H.265标准被冠名为HEVC，众多学者均称2013年是H.265的元年。H.265之前的视频压缩标准主要为ITU-T的H.26X系列和ISO的MPEG系列。H.26X系列标准经历了H.261、H.263、h.263+几代，而MPEG系列则经历了MPEG1、MEPG2、MPEG4几代。继h.263+和MPEG4后，ITU-T和ISO合作成立了JVT，制定了H.264/AVC。从H.264推出之后，H.264的应用领域不断扩大，效果越来越好。虽然取得初步成功，但是ITU-T不满足现状，还是计划当技术成熟时推出新标准H.265，并最终于2013年2月正式推出H.265。这个标准相比于H.264有着非常大的改进。2.H.265与H.264的对比新标准H.265在H.264的基础上，不改变原来的某些技术的同时改进了部分相关技术。应用新技术完善了码流、编码质量、延迟、算法复杂度间的关系，以获得最优设置。主要研究内容为：提升压缩效率、鲁棒性及错误恢复能力，降低实时迟延、信道获取时间、随机接入迟延、复杂度等。H.264仅能够以小于1Mbps的速度传输标清数字图像，而H.265却能够做到以1~2Mbps的速度传输720P(分辨率1280720)一般高清音视频。从存储代价上考虑，和H.264比较，H.265可以节约大概50%的存储空间，明显降低了视频的存储代价。较之于H.264，H.265最大的优势为能够在保证画面质量基本不变的条件下，使数据传输带宽降低到H.264的50%，而且它还支持高至7680×4320的分辨率。所以即便是2160P或者更高级别的超高清视频也一样能够使用H.265来编码。在编码架构方面，H.265与H.264高度相似，主要由帧内预测、帧间预测、转换、量化、去区块滤波器、熵编码等模块构成。而H.264编码架构被分成了三个基本单位：编码单位、预测单位和转换单位。在编码单位方面，H.264中宏块(marcoblock/MB)大小都固定为1616像素，但H.265却能从88到6464之间进行挑选。除此之外，H.265同样使用了更新的运动矢量测试，在多核并行化工作方面完成了更大的改进，在某些新技术下，能够高效地完成压缩处理工作。3.H.265的技术革新3.1更灵活的编码结构H.265中宏块的大小并非像以前一样固定不变，而是可以从88到6464之间进行选择，这样有利于高分辨率视频的压缩。设置了更灵活的编码结构使编码效率更高，结构为：编码单元、预测单元、变换单元。编码单元与H.264中宏块的定义相似，在编码过程时使用。预测单元主要用于预测。变换单元主要作用为变换和量化。有了这三个单元的分离，变换、预测和编码的各个处理环节变得更灵活，环节的划分更切合视频图像的纹理特性，每个环节能更好地发挥自己的作用。3.2更优的结构在帧间编码上，变换块的大小可以依据运动补偿块的大小来作自适应变化。在帧内编码上，变换快的大小可以依据帧内预测残差的特征作自适应变化。大块的变换和小块的变换相比较，可以获得更优的能量集中效果，且在量化后可以保留更大的图像细节，但量化之后将出现更多的振铃效应。所以，依据当前块的特征，自适应地挑选变化块的大小，能够获得能量集中、细节保存程度和振铃效应之间最好的折中。3.3采样点偏移为提升压缩率，降低码率，以致减少失真，H.265利用SAO对重构图像进行分类，对每一类图像像素值增加或减少一个偏移。此方法通常能够减少2%—6%的码率，但此时编码器和解码器的消耗只增加大约2%。3.4环路滤波ALF的主要作用是恢复重构图像使得重构图像与原始图像间的均方差最小。ALF的系数在帧级计算及传送，不管是整帧还是基于块或者基于量化树的局部区域，都能够使用ALF。若是基于局部区域的ALF，还要有指示区域信息的附加信息。3.5并行化设计为达到满足并行化程度极高的芯片实现的目的，H.265设计了许多并行运算的优化思路。重点有Tile、Entropyslice和WPP三个方面。通过垂直和水平的边界把图像分割成一些行和列。分割出来的矩形区域就是一个Tile。每个相互独立的Tile含有LCU的数量为整数个，以达到并行处理的目的。Entropyslice许可把一个slice分割成多个Entropyslices。每一个Entropyslice都能够独立的进行编码与解码，如此就提升了编解码器的并行处理能力。上一行的第二个LCU处理结束，马上初始化当前行的第一个LCU的熵编码概率状态参数。所以，一旦上一行的第二个LCU处理结束，就能开始当前行的编解码，如此，编解码器的并行处理能力就得到了提升。4.H.265的应用H.265使得视频监控的最突出问题-码率得到了解决。，高清系统的传输、存储、解码等难题都因更低的码率而轻松解决。H.265促进了4K技术的普及，高清1080P将是高清系统的标准配置，智能化速度得以加快。由于H.265具有的通用的特性，安防与民用将再无隔阂，民用的普及速度得以加快。5.结束语新一代视频压缩标准H.265是视频应用的革新，解决了网络带宽需求最小化的问题。H.265应时代的要求而产生，对社会的发展有很大的促进作用，我们将不断感受到H.265给我们的生活带来的便利。6.参考文献[1]GaryJ.SullivanandJens-RainerOhm,Recentdevelopmentsinstandardizationofhighefficiencyvideocoding(HEVC),SPIEApplicationsofDigitalImageProcessingXXXIII,AndrewG.Tescher(editor),ProceedingsofSPIEVolume7798,Papernumber7798-30,August,2010.[2]ONRESIDUALQUAD-TREECODINGINHEVC，YihHanTan,ChuohaoYeo,HuiLiTan,ZhengguoLi，978-1-4577-1434-4/11©2011IEEE[3]从H.264向H.265的数字视频压缩技术升级，刘国梁，铁路通信信号工程技术(RSCE)2011年6月，第8卷第3期