H.265及其对高清网络视频监控未来发展的影响

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H.265 又称为HEVC(High Efficient Video Coding,HEVC),是国际标准化组织和国际电联组织正在联合制定的新一代视频压缩标准,主要面向高清数字电视以及视频编解码系统的应用,提供从SQICF(128X96)至4K超高清(7680×4320)不同级别的视频应用。H.265的目标是编码效率比H.264提高50%,即在同等图像质量条件下,目标码率下降到H.264的50%。

1. H.265 的新特性

a) 高压缩率

HEVC仍属于预测加变换的混合编码框架,然而其采用更加灵活的编码结构来提高编码效率,包括编码单元(Coding Unit)、预测单元(Predict Unit)和变换单元(Transform Unit)。其中编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念,预测单元是进行预测的基本单元,变换单元是进行变换和量化的基本单元。在此混合编码框架下,HEVC进行了大量的技术创新,其中具有代表性的技术方案有:基于大尺寸四叉树块的分割结构和残差编码结构(见图一),多角度帧内预测技术(见图二),运动估计融合技术,高精度运动补偿技术,自适应环路滤波技术以及基于语义的熵编码技术。

H.265于大尺寸四叉树块的划分和多角度帧内预测技术

b) 可并行性

当前芯片架构已经从单核向同构多核并行方向发展,因此为了适应并行化程度非常高的芯片实现,H265引入了很多并行运算的优化思路, 主要包括以下几个方面:

(1) Tile。如图3所示,在slice划分的基础上用垂直的边界将图像划分为一些列,划分出的矩形区域为一个Tile,每一个Tile包含整数个LCU (Largest Coding Unit), Tile之间可以互相独立,以此实现并行处理。

图3 Tile划分示意图

图3 Tile划分示意图

(2) Dependent Slice。Dependent Slice允许在一个slice内部再切分成多个Dependent Slices,每个Dependent Slice可以独立的编码和解码,从而提高了编解码器的并行处理能力:

图4 Dependent Slice示意图

图4 Dependent Slice示意图

(3) WPP (Wave-front Parallel Processing)。熵编码环节中,编码单元上下文存在依赖关系。在H.265中,上一行的第二个LCU处理完毕,即对当前行的第一个LCU的熵编码概率状态参数进行初始化,如图5所示。因此,只需要上一行的第二个LCU编解码完毕,即可以开始当前行的编解码,以此提高编解码器的并行处理能力。

图5 WPP示意图

图5 WPP示意图

2. H.265对未来高清发展的影响

a) 降低视频监控等应用的存储成本与空间,使超高清视频监控成为现实

随着用户对监控视频质量的要求越来越高,高清视频在安防监控中的应用越来越普及,由此带来了存储成本与空间的急剧上升。与现在正在使用的H.264编码技术相比,H.265的高压缩率特性能够节省一半左右的存储空间,从而显著降低了视频的存储成本。随着半导体技术的发展,解决了H.265计算复杂度的瓶颈后,在超高清监控应用方面,就像H.264替换之前的MPEG-2一样,H.265必然会替换现在的H.264技术。

b) 在4G等无线网络下流畅传输

当今世界,移动性越来越强,人们日益需要随时随地、通过任何终端都能更便捷地获取所需内容与服务。LTE等4G无线技术能以更低的每比特成本支持高得多的容量,从而显著提高了视频业务的商用可行性。预计,这种趋势在未来几年还将继续,视频内容的带宽要求将进一步降低,运营商将获得所需的解决方案和网络灵活性,以经济高效地向用户提供真正的移动视频和多媒体体验。另一方面,移动终端的显示屏技术正向着超高ppi与超高清分辨率的方向发展。因此,H.265的高压缩率特性,将进一步促使高清甚至超高清视频在4G网络下流畅传输的应用普及。

c) 在多核处理器终端上快速实现

多核处理器以其高性能、低功耗优势正逐步取代传统的单处理器成为市场的主流。随着应用需求的扩大和技术的不断进步,多核必将展示出其更为强大的性能优势。H.265视频编码技术在设计时就将并行实现考虑在内。新添加的Tile划分机制使得以往的slice、帧或GOP为单位的粗粒度数据并行机制更为灵活,更加适合于同构多核处理器上的并行实现。Dependent slice 和WPP机制解决了以往H.264等编码技术中熵编码环节无法并行实现的问题,使得整个编解码过程中DCT、运动估计、运动补偿、去块滤波、熵编码等任务模块的划分更加均衡,从而显著提高并行加速比。

3. 结束语

作为新一代视频编码技术,H.265有着前面几代编码技术,如MPEG-4、H.264等无可比拟的优势,即目前没有能够与之竞争的压缩技术,因此兼容性方面也是一个很大优势。总之,H.265将会大大促进包括高清视频在内的视频应用的快速发展。

(作者:中兴力维  来源:C114中国通信网)

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3 responses to “H.265及其对高清网络视频监控未来发展的影响”

  1. 三无屌丝 says:

    三无屌丝路过,博客不错呵

  2. 三五笑话 says:

    新年马上到了,提前祝新年快乐,博客越办越好!

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