【影片視訊編碼】談H.264 與 新世代的 H.265/HEVC 影像編碼格式之差異

視訊影片隨著解析度的進化,FHD、4K解析度在手機端以及高畫質大尺寸電視螢幕端,也逐漸普及,壓縮率為120倍左右,目前主要的影像編碼格式H.264竟也開始捉襟見肘了。
我們可有個基本的概念,對影像來說,每一個像素,也就是一個點,要顯示顏色就需要24bit的資料量,所以,當像素越大,資料量也就會跟著上升,這時候就有可能會硬碟不夠存、網路不夠快,等等的問題產生。
接著先用以下圖表,來看解析度的上升,對應資料量的增加,有何差距。

圖一:解析度尺寸的對照圖 (資料來源:wiki)


表一:解析度與像素

我們可以看到,從現今主流的1080p HD畫質,到4K畫質,像素量整整增加了四倍,代表的是資料量也要跟著增加四倍。
那我們來算算看,如果都不壓縮,4K影片光影像的部分需要多少的資料量呢?

1.解析度:4K = 4096×2160

2.每秒頁數:60fps

假設顏色取樣採24bit,得到4K無壓縮影片每秒六十頁需要的資料量為:4096x2160x60x24bit 約等於 1,423MB/s,也就是說,每秒就需要1.4G,一個一分鐘的影片需要84G的容量,一個兩小時的電影需要高達10,080G的容量。
這時候,一個優秀的壓縮演算法就是必要的了!

目前的高畫質影片壓縮主流演算法是H.264/AVC,大約可以達到120倍的壓縮比例,也就是上面提到的4K畫質兩小時電影經過H.264壓縮後,大約是84G的容量,每秒需要的資料量為11.86MBps,也就是94.87Mbps,100M網路必須滿檔運作才能剛剛好順利播放。
代表即使出動H.264來壓縮影片,4K畫質每秒需要的資料量依然太多,所以新的H.265/HEVC壓縮演算法在2013年誕生了。

在H.264的基礎下,H.265新增的更多的運算來壓縮影片,像是Coding tree、更多的Prediction、Transform,以及更好的Motion Compensation來預測每一頁影像的變動,減少重複區域的多餘儲存,用電腦計算來預測每一頁影像的變動。
從H.264的GOP改成RPS、嶄新加入wavefront parallel運算等等,就是在每個block都更精進一些,更壓縮一些,來得到更好的壓縮比。

於是,相較於H.264,H.265可以在差不多相同畫質的表現下,將壓縮率進一步提升到240倍左右,也就是比H.264高上一倍,使的4K畫質影片經由網路串流播放成為可能,準備進入4K畫質的時代吧!
但可能要先瘦了荷包,換取4K畫質的手機或電視才能享受呢!

新一代編碼格式H.265,檔案小而美!


    何謂265?

H.265為新一代視訊壓縮格式,相較前身H.264,宣稱可以將視訊壓縮比增加一倍,意味著,網路視頻監控對傳輸及資料存儲方面的硬體投資可節省一半。H.265以現有的影像編碼標準H.264,保留原來的某些技術,同時對一些相關的技術加以改進達到最優化設置。

如果數位視訊監控系統採用最新的H.265標準,可在保證最高圖像品質的前提下節省50%的頻寬,以及50%的視頻存儲空間。要真正的利用好該技術,那麼前端攝影和後端錄放設備都必須支援H.265視頻標準。也就是說H.265監控攝影機必須連接到台同樣支持H.265標準的錄放影機。

MJPEG, H.264以及265有什麼區別?

首先說H.264和MJPEG標準的區別,MJPEG英文全稱是為 “Motion Joint Photographic Experts Group”,是一種視頻編碼格式,MJPEG被廣泛應用於非線性剪輯領域可精確到單張圖編輯和多層影像處理,把運動的視頻序列作為連續的靜止圖像來處理,這種壓縮方式單獨完整地壓縮每一幀,在編輯過程中可隨機存儲每一幀,可進行精確到幀的編輯,此外M-JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的,可由相同的硬體和軟體實現。
但M-JPEG壓縮效率不高。
H.264/AVC是目前主流的視訊壓縮標準,可實現較高的壓縮比,而H.265是比較新的壓縮演算法,可以更一步提高壓縮比
隨著我們現在生活中出現的視頻格式越來越大(比如現在基本都是1080P甚至4K的顯示器,4K片源將來也會越來越多),就需要像H.265這樣的新壓縮演算法,提高效率、節約頻寬或存儲空間。

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