5G時代的視頻編碼技術

□ 文 /鐘海

移動通訊技術已經進入到第五代——5G。與4G/ 3G / 2G不同的是，5G并不是獨立的、全新的無線接入技術，而是對現有無線網絡技術（包括2G / 3G / 4G/ WiFi的）技術的進化，以及一些新增的補充技術，集成后解決方案的總稱。如今，5G商用已在國內逐步實施。據業內人士預測，5G將在2020年在全球范圍內商用。與此同時，安防視頻的高清化已經越來越明顯，4K也開始有了應用。更清晰的視頻，意味著對通信手段更高的要求。作為一種高效的視頻編碼技術，H.265會成為主流嗎？

H.265讓視頻文件更小，質量更好

為何要對視頻進行編碼？例如，一部時長約90分鐘、4K分辨率的視頻，在拍攝剪輯完成之后，其原始文件大小在50TB（約為50000GB）左右，其中大部分為音軌文件，不過剝除這些聲音文件后，文件大小也會達到1TB左右（1080P約為4K影片的1/3），這樣算下來如果需要流暢播放這樣一部視頻，其網絡能力要達到250MB/秒以上，就現在的網絡布局來說，屬于商用級應用，運營商的帶寬成本也負擔不起，而此時視頻編碼技術顯得尤為重要。

編碼技術就是減小視頻的文件量，充分壓縮后的文件，才能夠在網絡上流通在線觀看，更為重要的是，很多在線資源的分辨率固然達到了4K，但是碼率卻遠遠不夠，就目前來說，這無論對安防視頻還是民用娛樂視頻來說都是很大的缺陷。

由于網絡帶寬成本的限制，運營商不得不將視頻文件充分壓縮，而視頻編碼在其中起到了非常關鍵的作用，優秀的編碼方式能將視頻文件進一步壓縮的同時，還能保證其質量。目前各種視頻的主要編碼形式主要有兩種：HEVC與VP9。

無論HEVC與VP9中蘊含著多么高深的技術，關鍵在于利用高效率的壓縮算法，把視頻文件的容量壓縮得更小，以便于傳輸或存儲。相對的，播放這些壓縮過的影片，就需要硬件有更強大的處理能力來進行解碼，這也是很多電視與電視盒子標榜其支持H.265硬件解碼的原因。安防監控產品也是如此。

視頻解碼分為“硬解”和“軟解”兩種，硬解是由設備中專門的芯片負責對應格式視頻的解碼工作，而軟解則是通過軟件算法“暴力”解碼，對硬件的運算能力要求更高。

視頻編碼技術的發展，必然伴隨各種標準的革新，之前的H.264標準編碼的文件，現在主流的H.265文件所編碼出來的文件大小，已經出現了翻天覆地的變化。未來的H.266甚至能夠將本地普通電影時長的1080P資源壓縮至2GB以內。正是因為有了H.265這樣的編碼技術，較新的4K視頻的文件容量甚至比720P資源更小，這樣可以讓4K視頻看起來不卡，而有些720P資源卻會卡頓。

可以看到，網絡帶寬的發展，信息傳遞的速度直接影響著我們最終得到的效果，而這其中存乎很多關鍵環節。成熟的視頻編碼技術，就是問題的關鍵所在，而網絡及硬件設備基礎設施，則是促進其發展的基石。

5G時代，8K視頻也能在線播放

電視產業向由8K發展的趨勢是不可逆的，這同時意味著新的編碼技術也要跟上。技術發展的速度令人震撼，2020年日本東京奧運會將采用8K直播。

業界對H.265編碼越來越熟悉了，目前來說蘋果英特爾等硬件產品都支持此標準片源的解碼優化。而8K視頻的編碼技術，則是要看下一代的H.266編碼標準了，現在來看這依然需要一些時間。

通過JVCSuperHi-Vision的攝像機視頻采集的結果來看，長度為1分鐘左右的7680×4320分辨率視頻，約占用200GB存儲空間，如此驚人的體積，對網絡帶寬而言，當然有巨大的壓力，更不必說有線電視信號了。如果將數據比作水，那么網絡帶寬就是水管，只有更粗的水管，才能負擔8K視頻的巨大數據通量。

在日本，8K視頻信號直接由衛星進行傳輸，而國內的環境還難以達到這樣的標準，有線電視信號亟需改觀，而且現今的4G網絡在8K如此大的數據流量上也難有任何建樹。好在5G 時代已經走來，我們就要把希望寄托在5G網絡上。

H.265只是規定了一個可用技術的范圍，編碼時很多特性可以用，也可以不用。所以H.265編碼器的使用難度大概是H.264的2-3倍不止。目前有些才做到10bit下對H.264 中高質量的20-30%的體積壓縮，而且還是建立在對于所有命令參數全部理解且大量實驗的基礎上，如果直接設置碼率不使用任何高級命令參數調節，很可能得到的效果反而比H.264更差（默認參數設置僅針對低碼率環境，用于中高碼率環境副作用太大）。從技術上看，H265是很好的工具，但主要還是具備技術和資源優勢的廠商才能用得好。

現在市場上使用的設備仍然有一些以支持H.264格式為主，現實情況不能馬上將所有設備升級替換掉。但為了發揮H.265的低碼流，高質量的技術特點，在中途傳輸這過程采用H.265編碼標準，已經有不少設備采用這樣的方案：通過一個編、轉碼過程，將高質量的視頻信號在低碼流情況下傳輸，同時還完整保留了高質量畫面，在不影響現有H.264系統情況下，新老技術相互兼容，完整對接。

隨著軟件及硬件技術的發展，以及通訊設施的完善，H.265將成為編碼技術的主流。