解读下一代视频压缩标准HEVC(H265)-Huawei.PDFVIP

解读下一代视频压缩标准HEVC(H.265) 文 / 华为企业业务BG UCC 产品线智真产品部 李军华、王浦林 摘要： 在数字视频应用产业链的快速发展中，面对视频应用不断向高清晰度、高帧率、高压缩率方向发展的 趋势，当前主流的视频压缩标准协议 H.264(AVC)的局限性不断凸显。同时，面向更高清晰度、更高帧率、 更高压缩率视频应用的 HEVC(H.265)协议标准应运而生。本文重点分析了下一代视频压缩协议标准 HEVC(H.265)的技术亮点，并对其在未来应用中将给整个产业带来的深刻变化予以展望。 关键词： H.264 H.265 HEVC 编解码 视频压缩 一、概述 H.264(AVC)从 2003 年 5 月草稿发布以来，凭借其相对于以往的视频压缩标准在压 缩效率以及网络适应性方面的明显优势，逐步成为视频应用领域的主流标准。根 据MeFeedia 的数据，由于iPad 以及其它新兴设备大多支持H.264 硬件加速，至2011 年底，80%的视频使用H.264 编码，并且随着支持H.264 解码的设备不断增多，这一占 有率还将进一步增长。 但是，随着数字视频应用产业链的快速发展，视频应用向以下几个方向发展的趋势 愈加明显：  高清晰度（Higher Definition）：数字视频的应用格式从720 P 向1080 P全面升级， 在一些视频应用领域甚至出现了4K x 2K 、8K x 4K 的数字视频格式；  高帧率(Higher frame rate )：数字视频帧率从30 fps 向60fps 、120fps甚至240fps 的应用场景升级；  高压缩率(Higher Compression rate )：传输带宽和存储空间一直是视频应用中最 为关键的资源，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编码就出现的如下 一些局限性： (1) 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。 (2) 由于分辨率的大大增加，单个宏块所表示的图像内容的信息大大减少，这将导 致相邻的4 x 4或8 x 8块变换后的低频系数相似程度也大大提高，导致出现大量的冗余。 (3) 由于分辨率的大大增加，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。 (4) 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等并行化程度 非常高的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。 为了面对以上发展趋势，2010年1月，ITU-T VCEG(Video Coding Experts Group) 和 ISO/IEC MPEG(Moving Picture Experts Group)联合成立JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding) 了联合组织，统一制定下一代编码标准：HEVC(High Efficiency Video Coding)。 HEVC协议标准计划于2013年2月份正式在业界发布，目前整个框架结构已基本确定。 截至2012年4月份，JCT-VC联合工作组已经召开了第八次会议，并于2012年2月17 日发布 了第一版内部草稿《High efficiency video coding (HEVC) text specification draft 6》，计划 2012年7月发布第一版公开版草稿，在H.264标准2～4倍的复杂度基础上，将压