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4K/8K视频主力H.265编码技术解析!(超级详细)

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来源:4K知识百科 2014-10-29 19:23:28 |阅读模式

中国有句古话叫做“事半功倍”,意为只用一半的功夫就能收到加倍的功效。近年来,科技领域就有一项“事半功倍”的好事——H.265视频编码技术,这项技术得到苹果iPhone 6/Plus公开支持,前景甚好。今天,我们不仅会探究H.265视频编码技术,同时也会通过大量H.265片源进行画质对比,为读者们交上一份完整的测试报道。




H.265/HEVC编码技术及画质对比

H.265视频编码技术号称“仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频”,这是iPhone 6/Plus支持H.265视频编码的重要原因,通过蜂窝数据进行H.265 FaceTime视频通话,降低带宽需求的同时大幅提升体验,还能为用户节省一半的流量费用。再者,互联网视频已经崛起,目前10M带宽也未必能够流畅观看1080p在线视频,一旦互联网视频通过H.265进行编码压缩,观看不畅的问题立刻迎刃而解。




三星HU9800曲面UHD电视支持HEVC(H.265)编码技术

通过最实际的两个例子就能知道H.265视频编码的巨大好处,结局往往是运营商和用户取得双赢,因此H.265编码技术也得到了行业内的支持。年初三星发布的曲面UHD旗舰——HU9800就已经支持H.265编码技术,随后小米电视2、乐视TV超级电视新品亦宣布支持。通过努力,评测工程师手中掌握有不少基于H.265视频编码的视频内容,并准备好同一片源的H.264视频内容,以便真刀真枪的进行对比实测体验。






H.265(HEVC)编码技术解析


具体的对比测试之前,我们需要明白什么是H.265视频编码技术。H.265编码技术由中国华为公司主导,华为拥有H.265编码最多的核心专利技术,2012年8月爱立信推出首款H.265编码器,2013年2月国际电信联盟(ITU)规范通过H.265标准审核,将其命名为High Efficiency Video Coding(高效视频编码),因此,严格来说HEVC是H.265编码的正式命名。




High Efficiency Video Coding(高效视频编码)


HEVC编码技术整合成CU、PU、TU三个编码单元

HEVC编码技术承袭现有的H.264编码技术,包含帧内预测(intra prediction)、帧间预测(inter prediction)、转换(transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding)等模块,全新HEVC编码技术为提升压缩率,将这些模块整合成3个单元,分辨率是编码单元(coding unit,CU)、预测单位(predict unit,PU) 和转换单位(transform unit,TU)。



H.264编码技术的编码单位,每个宏块固定为16×16像素,而HEVC编码技术的编码单位较为灵活,最小可以实现8×8像素编码,最大可以实现64×64像素编码。H.264帧内预测模式支持8种方向调节,而HEVC帧内预测模式支持多达33种方向调节,且提供比H.264编码技术更好的矢量预测计算方法和动态补偿处理效果。






HEVC编码技术大幅提升压缩比


HEVC全新的编码方式有效提升了视频压缩率,仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频。众所周知,视频编码的码率是可以灵活控制的,以相同的视频质量为基准,HEVC编码技术相比H.264编码技术能够在视频容量减少大约39~74%,并且还能获得比H.264视频更好的信噪比(PSNR)效果。如此惊艳的表现势必巅峰整个显示产业。






蓝光4K编码标准


超高清4K电视已经成为市场热门,尴尬的是,目前4K视频内容极为匮乏,消费者购买4K电视依旧只能观看1080p全高清视频,可谓大材小用。根据我们的经验,蓝光标准的发布奠定了1080p旷日持久的影响力,而4K视频想要有所作为,蓝光4K标准是极为重要的推助器。如果说H.264编码技术为1080p而生,那么HEVC编码技术则为蓝光4K而生。




蓝光4K标准/8K(Super Hi-Vision)均采用HEVC编码技术

HEVC编码技术有着惊人的压缩率,加上灵活的宏块像素技术,这对于Ultra HD 4K/8K超高清分辨率极为重要,即将于2015年春季正式出台的蓝光4K(3840×2160)标准将会采用H.265/HEVC编码标准,HEVC编码技术能够大幅降低蓝光4K光盘的容量需求,对于推进4K产业发展有极其重大的意义,随着蓝光光盘技术的不断演进,HEVC编码格式有望影响未来的8K(7680×4320)标准。








网络视频将由HEVC编码主导



HEVC编码大幅提升网络视频画质

HEVC编码技术“事半功倍”的压缩率还能够在互联网在线视频领域发挥巨大作用,举例例子,用户家中10M网络带宽观看H.264 720p网络视频体验出色,观看H.264 1080p网络视频则卡顿严重,通过HEVC编码后的1080p的网络视频,则可以在10M网络带宽下流畅观看(H.264 720p/HEVC 1080p带宽需求接近)。因此,HEVC编码技术在同样的网络带宽下有效提升网络视频的画质表现。






HEVC编码技术为iPhone用户节约流量费用



iPhone 6/Plus官方支持H.265(HEVC)编码技术——截取苹果(中国)官方网站

苹果FaceTime是一项十分受欢迎的视频通话技术,支持Wi-Fi和蜂窝数据连接,蜂窝数据不同的地点接收到的信号不同,数据传输不如Wi-Fi稳定,通过HEVC视频编码可以大幅降低蜂窝数据需求,相比以往FaceTime视频通话可获得更出色的体验,更重要的是HEVC FaceTime可大幅降低iPhone用户的流量费用,如果您已经购买了最新款iPhone 6/Plus手机产品,建议在通用设置中将FaceTime选项设置为H.265/HEVC格式。










HEVC视频文件容量:HEVC/1080p容量小于H.264/720p


对于大多数读者而言,HEVC编码技术的技术解析是比较枯燥乏味的,没关系,我们只需知道HEVC编码技术“仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频”即可,那么HEVC视频文件的压缩率真的有如此惊人吗?一起来看看。



720p(H.264)/1080p(H.264)/1080p(HEVC)对比测试素材

笔者为这篇评测准备了《美国队长2:寒冬战士》、《极品飞车》和《超凡蜘蛛侠2》三部电影的完整版文件,通过Windows 7系统自带的文件属性查看容量,重要信息红边框标出,同时用文字信息标注格式和容量。上图将所有文件Ctrl+All总容量显示为68.5GB(特别说明:以上视频均为测试素材,均已删除)。





《美国队长2:寒冬战士》视频文件容量对比


《极品飞车》视频文件容量对比


《超凡蜘蛛侠2》视频文件容量对比

可以看到,三部电影的HEVC视频文件容量不仅大大小于同为1080p的H.264视频文件,甚至还要小于H.264/720p视频文件。为了更直观的体现三种格式视频文件容量上的差异,具体看下表:





文件容量对照表


前面我们说过,H.264编码技术的编码单位,每个宏块固定为16×16像素,而HEVC编码技术的编码单位较为灵活,最小可以实现8×8像素编码,最大可以实现64×64像素编码。H.264帧内预测模式支持8种方向调节,而HEVC帧内预测模式支持多达33种方向调节,因此,H.264编码下的720p文件容量大约是1080p文件容量的一半,比较固定。




相比之下,HEVC视频编码文件的容量比较灵活,以《美国队长2:寒冬战士》为例,同为1080p分辨率编码,H.264/1080p文件容量几乎是HEVC编码文件的3倍,HEVC编码文件甚至只有H.264/720编码的2/3大小,相当的惊人。《极品飞车》和《超凡蜘蛛侠2》亦是如此,只不过幅度没《美国队长2:寒冬战士》那般夸张。











三种格式画质对比:720p遭屠杀



从容量对比来看,HEVC视频编码技术毫无悬念的取得了胜利,三种格式容量对比,HEVC格编码文件容量远远小于H.264/1080p编码文件,甚至小于H.264/720p编码文件。那么实际效果如何呢?请特别注意标注红框内的图像信息差异,结果一目了然。



《美国队长2:寒冬战士》三种格式画质对比


《极品飞车》三种格式画质对比


《超凡蜘蛛侠2》三种格式画质对比

通过对比,墙上的文字、名片上的文字以及人物脸部的特写来看,分辨率处于劣势的720p显得力不从心,画面较为模糊,尤其是名片上的文字信息几乎无法识别,相比之下,两种不同1080p格式文件画面要锐利许多。从色彩的角度来看,三种格式比较接近,不过720p色彩过渡略显生硬,没有1080p显得自然。重点要说的是,HEVC/1080p编码不仅画质远远高于H.264/720p,容量却更为小巧。由此可见,HEVC编码并未因提升图像压缩率而牺牲画质,表现绝赞。







点对点图像比较:HEVC表现惊艳



H.264/720p编码格式在HEVC/1080p编码格式面前溃败的十分彻底,因此两者之间更多的比较已无意义。抛开容量差异不说,从初步对比的结论来看,H.264/1080p编码格式和HEVC/1080p编码格式的最终画质十分接近,那么HEVC/1080p编码格式的画质果真达到H.264/1080p水准了吗?接下来,我们不妨通过“点对点”图像信息再次进行对比核实。



《美国队长2:寒冬战士》1080p点对点图像比较


《极品飞车》1080p点对点图像比较


《超凡蜘蛛侠2》1080p点对点图像比较

尽管笔者也希望能够找到H.264/1080p编码格式和HEVC/1080p编码格式的画质差异,HEVC编码技术号称“仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频”这句话并没有半点吹嘘,通过1080p点对点图像进行细致的比较,两者之间几乎感受不到任何差异,不得不说HEVC编码技术有着极其强悍的编码实力。








HEVC编码技术的秘密:降低码率



同样1080p分辨率下,HEVC编码文件容量不足H.264编码文件的一半,更为先进的编码技术自不必说,然而容量直接减半的关键还在于视频码率的降低。以下是三部电影H.264/1080p以及HEVC/1080p编码格式的解码信息。



《美国队长2:寒冬战士》解码信息


《极品飞车》解码信息


《超凡蜘蛛侠2》解码信息

标注的红框内有两个重要信息,一个是CPU使用率,另一个则是视频解码器和码率信息。从CPU使用率来看,H.264/1080硬解和HEVC/1080p硬解区别不大,HEVC编码格式的CPU使用率仅仅是略高于H.264编码格式,最新版完美解码播放器对HEVC编码格式的支持十分到位(后续我们会试试终极解码以及其它的播放器)。


完美解码解码信息中的解码器显示,H.264解码器为H.264,HEVC解码器为HEVC。而更重要的是,三部电影的HEVC编码格式的码率大约只有H.264编码格式的一半,甚至不足一半。比如《美国队长2:寒冬战士》码率对比是7411:3000;《极品飞车》码率对比是942:665;《超凡蜘蛛侠2》码率杜比是9826:4705,这才是HEVC编码格式容量大幅降低的关键所在。







HEVC编码技术直接竞争对手——Google VP8/WebM


文章最后,我们回顾两个重要的时间点,有关H.264和HEVC编码技术。早在1999年,H.264编码技术已比较完善,然而,国际电信联盟(ITU)一直到2003年3月才正式审核通过H.264编码标准。2012年8月爱立信推出就首款了H.265编码器,半年后的2013年2月,国际电信联盟(ITU)规范以惊人的速度通过H.265标准审核。



Google VP9/WebM视频编码技术十分强大

为何H.264和HEVC编码技术的待遇差距如此之大?原因是HEVC编码技术有一个强大的竞争对手,HEVC必须尽快建立标准来抗衡。这个对手就是Google VP9/WebM视频编码技术,目前Google VP8/WebM编码技术主要针对HTML5和云播放领域,Google旗下的YouTube视频网站已采用VP8/WebM编码技术进行编码(未来会采用VP9/WebM编码技术),考虑到YouTube的强势,Google VP9/WebM编码技术是HEVC编码技术不得不重视的对手。


所幸的是,在家电领域,目前Google的影响力相对有限,三星、索尼LG、夏普、松下、苹果等国际巨头的支持HEVC编码技术有着相对光明的前景。2015年春季,一旦蓝光4K标准确定采用HEVC编码格式(几乎板上钉钉),那么HEVC编码格式的未来将无需担忧。





HEVC视频编码已经开始造福百姓,并将持续影响着整个视频产业


High Efficiency Video Coding(高效视频编码)

国内的搜狐视频和迅雷视频已经开始采用HEVC编码技术进行视频处理,力求用户可以获得流畅的高品质视频体验。目前许多高清论坛也有将经典电影内容“洗版”HEVC编码的趋势,此举可为高清收藏控提升可观的存储空间利用率。展望未来,无论是即将出台的蓝光标准还是未来的8K超高清技术,更是离不开HEVC编码技术的支持。综上所述,HEVC编码技术已经开始并将持续影响着整个视频产业。

2014-10-29 20:24:17
太好啦!谢谢版主的分享!
2014-10-29 21:19:24
早就知道了,
2014-10-29 21:23:56
谢谢分享,楼主辛苦!
2014-10-29 21:51:57
本帖最后由 szlluu 于 2014-10-29 21:57 编辑

细节上还是不一样,脸蛋上差别就更明显
不同之处.jpg

2014-10-30 08:35:19
通过蜂窝数据进行H.265 FaceTime视频通话
2014-10-30 10:03:03
这个的视频有木有
2014-11-3 21:27:31
谢谢楼主的讲解,学习4K中....
2014-11-4 20:54:21
华为是不是真的拥有最多H.265核心专利? 为什么是爱立信首先推出了H.265编码器?
2014-12-24 01:34:42
用什么编码器啊,我要做PPT
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