H.265+ Compression Technology
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4K知識百科
有句古話叫做「事半功倍」，意為只用一半的功夫就能收到加倍的功效。近年來，科技領域就有一項「事半功倍」的好事 —— H.265 影像編碼技術，這項技術得到蘋果 iPhone 6/Plus公開支援，前景甚好。
今天，我們不僅會探究 H.265 影像編碼技術，同時也會透過大量 H.265 片源進行畫質對比，為讀者們交上一份完整的測試報導。
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| H.265/HEVC 編碼技術及畫質對比 |
H.265 影像編碼技術號稱「僅需原先的一半頻寬，即可播放相同品質的影像」，這是 iPhone 6/Plus 支持 H.265 影像編碼的重要原因，透過蜂窩數據進行 H.265 FaceTime 視訊通話，降低頻寬需求的同時，大幅提升體驗，還能為使用者節省一半的流量費用。
再者，網路視訊已經崛起，目前10M 頻寬也未必能夠流暢觀看1080P 線上影片，一旦網路視訊透過 H.265 進行編碼壓縮，觀看不暢的問題立刻迎刃而解。
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| 三星 HU9800 曲面 UHD 電視支援 HEVC (H.265)編碼技術 |
透過最實際的兩個例子，就能知道 H.265 影像編碼的巨大好處，結局往往是營運商和使用者取得雙贏，因此 H.265 編碼技術也得到了行業內的支持。幾年前三星發佈的曲面 UHD 旗艦 —— HU9800，就已經支援 H.265 編碼技術，隨後對岸中國小米電視2、樂視TV超級電視新品亦宣佈支援。透過努力，評測工程師手中掌握有不少基於 H.265 影像編碼的影像內容，並準備好同一片源的 H.264 影像內容，以便真刀真槍的進行對比實測體驗
● H.265（HEVC）編碼技術解析
具體的對比測試之前，我們需要明白什麼是 H.265 影像編碼技術。H.265 編碼技術由對岸中國華為公司主導，華為擁有 H.265 編碼最多的核心專利技術，2012 年 8 月愛立信推出首款 H.265 編碼器，2013 年 2 月國際電信聯盟（ITU）規範透過 H.265 標準審核，將其命名為High Efficiency Video Coding（高效影像編碼），因此，嚴格來說 HEVC 是 H.265 編碼的正式命名。
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| High Efficiency Video Coding（高效影像編碼） |
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| HEVC 編碼技術整合成 CU、PU、TU 三個編碼單元 |
HEVC 編碼技術承襲現有的 H.264 編碼技術，包含幀內預測（intra prediction）、幀間預測（inter prediction）、轉換（transform）、量化（quantization）、去區塊濾波器（deblocking filter）、熵編碼（entropy coding）等模塊，全新 HEVC 編碼技術為提升壓縮率，將這些模塊整合成 3 個單元，解析度是編碼單元（coding unit，CU）、預測單位（predict unit，PU） 和轉換單位（transform unit，TU）。
H.264 編碼技術的編碼單位，每個宏塊固定為 16×16 像素，而 HEVC 編碼技術的編碼單位較為靈活，最小可以實現 8×8 像素編碼，最大可以實現 64×64 像素編碼。
H.264 幀內預測模式，支援 8 種方向調節，而 HEVC 幀內預測模式支持多達 33 種方向調節，且提供比 H.264 編碼技術，更好的矢量預測計算方法，和動態補償處理效果。
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| HEVC 編碼技術大幅提升壓縮比 |
HEVC 全新的編碼方式，有效提升了影像壓縮率，僅需原先的一半頻寬，即可播放相同品質的影像。眾所皆知，影像編碼的碼率是可以靈活控制的，以相同的影像品質為基準，HEVC 編碼技術相比 H.264 編碼技術，能夠在影像容量減少大約 39～74%，並且還能獲得比 H.264 影像更好的信噪比（PSNR）效果。如此驚艷的表現，勢必巔峰整個顯示產業。
● 藍光4K編碼標準
超高清 4K 電視已經成為市場熱門，尷尬的是，目前 4K 影像內容極為匱乏，消費者購買 4K 電視依舊只能觀看 1080P 全高清影像，可謂大材小用。
根據我們的經驗，藍光標準的發佈奠定了 1080P 曠日持久的影響力，而 4K 影像想要有所作為，藍光 4K 標準是極為重要的推助器。如果說 H.264 編碼技術為 1080P 而生，那麼 HEVC 編碼技術則為藍光 4K 而生。
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HEVC 編碼技術有著驚人的壓縮率，加上靈活的宏塊像素技術，這對於 Ultra HD 4K/8K 超高清解析度極為重要，於 2015 年春季頒布的藍光 4K（3840×2160）標準，已採用 H.265/HEVC 編碼標準，HEVC 編碼技術能夠大幅降低藍光 4K 光碟的容量需求，對於推進 4K 產業發展，有極其重大的意義，隨著藍光光碟技術的不斷演進，HEVC 格式有望影響未來的 8K（7680×4320）標準。
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| HEVC 編碼大幅提升網路影像畫質 |
● 網路影像將由 HEVC 編碼主導
HEVC 編碼技術「事半功倍」的壓縮率，還能夠在網路線上視訊領域發揮巨大作用，舉例來說，使用者家中 10M 網路頻寬觀看 H.264 720p 網路影像體驗出色，觀看 H.264 1080p 網路影像則卡頓嚴重，透過 HEVC 編碼後的 1080p 的網路影像，則可以在 10M 網路頻寬下流暢觀看（H.264 720p/HEVC 1080p 頻寬需求接近）。因此，HEVC 編碼技術在同樣的網路頻寬下，有效提升網路影像的畫質表現。
● HEVC 編碼技術為 iPhone 使用者節約流量費用
iPhone 6/Plus 官方支援 H.265（HEVC）編碼技術 —— 截取蘋果（中國）官方網站
蘋果 FaceTime 是一項十分受歡迎的視訊通話技術，支援 WiFi 和蜂窩數據連接，蜂窩數據不同的地點接收到的信號不同，數據傳輸不如 WiFi 穩定，透過 HEVC 影像編碼，可以大幅降低蜂窩數據需求，相比以往 FaceTime 視訊通話，可獲得更出色的體驗，更重要的是 HEVC FaceTime 可大幅降低 iPhone 使用者的流量費用，如果您已經購買了最新款 iPhone 手機產品，建議在通用設置中，將 FaceTime 選項設置為 H.265/HEVC 格式。
● HEVC 影像文件容量：HEVC/1080p 容量小於 H.264/720p
對於大多數讀者而言，HEVC 編碼技術的技術解析，是比較枯燥乏味的，沒關係，我們只需知道 HEVC 編碼技術「僅需原先的一半頻寬，即可播放相同品質的影像」即可，那麼 HEVC 影像文件的壓縮率真的有如此驚人嗎？一起來看看。
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| 720p（H.264）/1080p（H.264）/1080p（HEVC）對比測試素材 |
筆者為這篇評測準備了《美國隊長2：酷寒戰士》、《極速快感》和《蜘蛛人：驚奇再起》三部電影的完整版文件，透過 Windows 7 系統自帶的文件屬性查看容量，重要資訊紅邊框標出，同時用文字資訊標注格式和容量。
上圖將所有文件 Ctrl+All 總容量顯示為 68.5GB（特別說明：以上影像均為測試素材，均已刪除）。
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| 《美國隊長2：酷寒戰士》影像文件容量對比 |
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《極速快感》影像文件容量對比
《蜘蛛人：驚奇再起》影像文件容量對比
可以看到，三部電影的 HEVC 影像文件容量，不僅大大小於同為 1080p 的 H.264 影像文件，甚至還要小於 H.264/720p 影像文件。為了更直接的體現三種格式影像文件，容量上的差異，具體看下表：
文件容量對照表
前面我們說過，H.264 編碼技術的編碼單位，每個宏塊固定為 16×16 像素，而 HEVC 編碼技術的編碼單位較為靈活，最小可以實現 8×8 像素編碼，最大可以實現 64×64 像素編碼。H.264 幀內預測模式支援 8 種方向調節，而 HEVC 幀內預測模式支援多達 33 種方向調節，因此，H.264 編碼下的 720p 文件容量大約是 1080p 文件容量的一半，比較固定。
相比之下，HEVC 影像編碼文件的容量比較靈活，以《美國隊長2：酷寒戰士》為例，同為 1080p 解析度編碼，H.264/1080p 文件容量，幾乎是 HEVC 編碼文件的 3 倍，HEVC 編碼文件甚至只有 H.264/720 編碼的 2/3 大小，相當的驚人。《極速快感》和《蜘蛛人：驚奇再起》亦是如此，只不過幅度沒《美國隊長2：酷寒戰士》那般誇張。
● 三種格式畫質對比：720p 遭屠殺
從容量對比來看，HEVC 影像編碼技術毫無懸念的取得了勝利，三種格式容量對比，HEVC 格編碼文件容量，遠遠小於 H.264/1080p 編碼文件，甚至小於 H.264/720p 編碼文件。那麼實際效果如何呢？請特別注意標注紅框內的圖像信息差異，結果一目瞭然。
《美國隊長2：酷寒戰士》三種格式畫質對比
 《極速快感》三種格式畫質對比 《蜘蛛人：驚奇再起》三種格式畫質對比
透過對比，牆上的文字、名片上的文字，以及人物臉部的特寫來看，解析度處於劣勢的 720p 顯得力不從心，畫面較為模糊，尤其是名片上的文字資訊幾乎無法辨識，相比之下，兩種不同 1080p 格式文件，畫面要銳利許多。
從色彩的角度來看，三種格式比較接近，不過 720p 色彩過渡略顯生硬，沒有 1080p 顯得自然。
重點要說的是，HEVC/1080p 編碼不僅畫質遠遠高於 H.264/720p，容量卻更為小巧。由此可見，HEVC 編碼並未因提升圖像壓縮率而犧牲畫質，表現絕贊。
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● 點對點圖像比較：HEVC 表現驚艷
H.264/720p 編碼格式在 HEVC/1080p 編碼格式面前，潰敗的十分徹底，因此兩者之間更多的比較已無意義。
拋開容量差異不說，從初步對比的結論來看，H.264/1080p 編碼格式和HEVC/1080p 編碼格式的最終畫質十分接近，那麼 HEVC/1080p 編碼格式的畫質果真達到 H.264/1080p 水準了嗎？接下來，我們不妨透過「點對點」圖像資訊，再次進行對比驗證。
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| 《美國隊長2：酷寒戰士》1080p點對點圖像比較 |
《極速快感》1080p點對點圖像比較
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| 《蜘蛛人：驚奇再起》1080p點對點圖像比較 |
儘管筆者也希望能夠找到 H.264/1080p 編碼格式，和 HEVC/1080p 編碼格式的畫質差異，HEVC 編碼技術號稱「僅需原先的一半頻寬即可播放相同品質的影像」這句話並沒有半點吹噓，透過 1080p 點對點圖像，進行細緻的比較，兩者之間幾乎感受不到任何差異，不得不說 HEVC 編碼技術有著極其強悍的編碼實力。
● HEVC 編碼技術的秘密：降低碼率
同樣 1080p 解析度下，HEVC 編碼文件容量不足 H.264 編碼文件的一半，更為先進的編碼技術自不必說，然而容量直接減半的關鍵，還在於影像碼率的降低。以下是三部電影 H.264/1080p，以及 HEVC/1080p 編碼格式的解碼資訊。
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| 《美國隊長2：酷寒戰士》解碼資訊 |
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| 《極速快感》解碼資訊 |
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| 《蜘蛛人：驚奇再起》解碼資訊 |
標注的紅框內有兩個重要資訊，一個是 CPU 使用率，另一個則是影像解碼器和碼率資訊。從 CPU 使用率來看，H.264/1080 硬解，和 HEVC/1080p 硬解區別不大，HEVC 編碼格式的 CPU 使用率，僅僅是略高於 H.264 編碼格式，最新版完美解碼播放器，對 HEVC 編碼格式的支援十分到位（後續我們會試試終極解碼，以及其它的播放器）。
完美解碼解碼資訊中的解碼器顯示，H.264 解碼器為 H.264，HEVC 解碼器為 HEVC。而更重要的是，三部電影的 HEVC 編碼格式的碼率，大約只有 H.264 編碼格式的一半，甚至不足一半。比如《美國隊長2：酷寒戰士》碼率對比是7411:3000；《極速快感》碼率對比是 942:665；《蜘蛛人：驚奇再起》碼率對比是9826:4705，這才是 HEVC 編碼格式容量大幅降低的關鍵所在。
● HEVC 編碼技術直接競爭對手 —— Google VP8/WebM
文章最後，我們回顧兩個重要的時間點，有關 H.264 和 HEVC 編碼技術。早在 1999 年，H.264 編碼技術已比較完善，然而，國際電信聯盟（ITU）一直到 2003 年 3 月才正式審核通過 H.264 編碼標準。
2012 年 8 月愛立信推出就首款了 H.265 編碼器，半年後的 2013 年 2 月，國際電信聯盟（ITU）規範，以驚人的速度通過 H.265 標準審核。
Google VP9/WebM 影像編碼技術十分强大
為何 H.264 和 HEVC 編碼技術的待遇，差距如此之大？原因是 HEVC 編碼技術有一個強大的競爭對手，HEVC 必須盡快建立標準來抗衡。
這個對手就是 Google VP9/WebM 影像編碼技術，目前 Google VP8/WebM 編碼技術，主要針對 HTML5 和雲播放領域，Google 旗下的 YouTube 視訊網站，已採用 VP8/WebM 編碼技術進行編碼（未來會採用 VP9/WebM 編碼技術），考慮到 YouTube 的強勢，Google VP9/WebM 編碼技術，是 HEVC 編碼技術不得不重視的對手。
所幸的是，在家電領域，目前 Google 的影響力相對有限，三星、索尼、LG、夏普、松下、蘋果等國際巨頭的支援 HEVC 編碼技術，有著相對光明的前景。2015 年春季，藍光 4K 標準已採用 HEVC 編碼格式（幾乎板上釘釘），那麼 HEVC 編碼格式的未來，將無需擔憂。
● HEVC 影像編碼已經開始造福百姓，並將持續影響著整個視訊影像產業
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| High Efficiency Video Coding（高效影像編碼） |
對岸中國的搜狐視頻和迅雷視頻，已經開始採用 HEVC 編碼技術進行影像處理，力求使用者可以獲得流暢的高品質影像體驗。目前許多高清論壇，也有將經典電影內容「洗版」HEVC 編碼的趨勢，此舉可為高清收藏控，提升可觀的儲存空間利用率。
展望未來，無論是即將出台的藍光標準，還是未來的 8K 超高清技術，更是離不開 HEVC 編碼技術的支持。
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