● 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。
● 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
● 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)。
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:
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。
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。
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。
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。
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。