音视频方法技术有哪些？H.265技术详解

H.265发展背景

H.264虽然是一个划时代的数字视频压缩标准，但是随着数字视频产业链的高速发展，H.264的局限性逐步显现，并且由于H.264标准核心压缩算法的完全固化，并不能够通过调整或扩充来更好地满足当前高清数字视频应用。

视频应用向以下几个方面发展的趋势愈加明显：

高清晰度：数字视频的应用格式从720P向1080P全面升级，在一些视频应用领域甚至出现了4K×2K、8K×4K的数字视频格式；

高帧率：数字视频帧率从30fps向60fps、120fps甚至240fps的应用场景升级；

高压缩率：传输带宽和存储空间一直是视频应用中最关键的资源，因此，在有限的空间和管道中获得最佳的视频体验一直是用户的不懈追求。

由于数字视频应用在发展中面临上述趋势，如果继续采用H.264编码就会出现如下一些局限性：

宏块个数的爆发式增长，会导致用于编码宏块的预测模式、运动矢量、参考帧索引和量化级等宏块级参数信息所占用的码字过多，用于编码残差部分的码字明显减少。即：单个宏块所表示的图像内容的信息大大减少，导致4×4或8×8块变换后的低频率相似程度也大大提高，会出现大量的冗余；

分辨率的大幅增加，表示同一个运动的运动矢量的幅值将大大增加，H.264中采用一个运动矢量预测值，对运动矢量差编码使用的是哥伦布指数编码，该编码方式的特点是数值越小使用的比特数越少。因此，随着运动矢量幅值的大幅增加，H.264中用来对运动矢量进行预测以及编码的方法压缩率将逐渐降低；

并行度比较低：H.264的一些关键算法，例如采用CAVLC和CABAC两种基于上下文的熵编码方法、deblock滤波等都要求串行编码，并行度比较低。针对GPU、DSP、FPGA、ASIC等这种并行化程序非常的CPU，H.264的这种串行化处理越来越成为制约运算性能的瓶颈。

H.265含议

H.265也称为高效视频编码或HEVC。是HighEfficiencyVideoCoding,的缩写。是一系列视频压缩标准中的最新标准。与其前身H.264一样，H.265最初由ITU-T视频编码专家组和ISO/IEC运动图像专家组为广播行业开发。

H.265是视频压缩编解码器，是H.264的后继产品。它建立在与前身类似的概念之上，但由于4K内容无处不在的快速采用，它正在变得普遍。在不影响视频质量的情况下，H.265允许以比特率的一半进行视频压缩-H.264-使其在理论上效率提高一倍。当我们将H.265压缩到与H.264相同的比特率时，我们发现H.265提供了显着改善的视频质量。由于所有这些优点和升级，H.265使流式传输和下载4K视频变得更加容易-这在H.264中是不可能的，因为它占用了大量空间并且具有很高的比特率。

h.265编解码器如何工作

H.265编解码器基于与之前的H.264标准相同的一般思想和结构。与之前一样，它具有由编码器编码（或压缩）的一系列帧组成的源视频-这会导致压缩的比特流。此压缩比特流被存储或共享，另一端的解码器解压缩比特流以创建原始帧序列。就H.265编解码器工作而言，编码器执行的步骤包括：

• 第一步是关于预测每个单位并执行必要的计算（即，从原始图片单位中减去它）。在此步骤中，编码器接收一帧显示像素为16x16的视频单元（宏块）。该宏块以两种方式形成预测-从当前帧（预测内）或从先前传输的帧（相互传输）。
• 量化和变换残差。残差是指预测与原始图片单位之间的差异。这是通过使用离散余弦变换的近似形式输出一组系数来完成的，每个系数都与基本模式的权重值有关。这些基础模式稍后可以组合在一起以创建初始残差。
• 对转换后的输出、模式信息、预测信息和标头进行熵编码（即执行无损数据压缩方案）。

另一方面，H.265解码器执行以下步骤：

• 熵解码-即反转在熵编码期间执行的步骤-并从编码的序列中提取原始元素。
• 反转转换和重新缩放。
• 预测每个单位并将其添加到逆变换的输出中
• 重建最终解码的视频图像。

h.265的应用

H.265编解码器使用与H.264不同的宏块编码方法，称为编码树单元（CTU）。CTU以更高的编码效率处理信息，并支持64x64宏块。这使得H.265格式在许多应用程序中非常有用。一些这样的应用包括：

• H.265支持广泛的色域-例如NTSC、Rec.601、PAL、通用胶片、SMPTE170M、sRGN、SYCC等。
• 为下一代HDTV显示器和内容捕获系统提供无缝视频流和数据共享。

为什么要用h.265压缩

这个问题的简单答案是提高效率。编解码器可用于在不牺牲其质量的情况下压缩和解压缩图像的比特流越少，其效率就越高。从这个角度来看，H.265比H.264编解码器效率更高。了解有关H.264与H.265的更多信息。除此之外，随着事情的发展，人们的观看分辨率也发生了变化，人们用来观看视频的屏幕分辨率也发生了变化。由于存在如此多的约束和修改，因此转向专为现代视频要求而设计的压缩技术是有意义的。

h.265的优势

总而言之，以下是H.265压缩标准提供的主要优点和改进：

• 提供H.264的一半压缩比。
• 支持64x64像素宏块，而H.264支持的16x16像素宏块。
• 视频压缩取决于帧之间的预测运动，H.265具有更好的运动预测机制。这导致改进的压缩标准。
• 帧间预测在H.265中比在H.264中更详细。
• H.265支持的分辨率远高于H.264支持的8K超高清。
• 与H.264编解码器相比，H.265的比特率要低得多，从而使整个过程更加高效。

全文主要解析在音视频开发中的H.265 编码，有关深入学习进阶音视频一级H265的技术，可以参考《音视频入门到精通手册》点击可以查看详细类目。

总结

H.265 的编码框架流程图。