硬件编解码,软件编解码,H.263、H.264、H.265/HEVC概念

标签: 音视频开发  硬编解码  软编解码

概念

硬件编解码通常称为硬编码硬解码,软件编解码称为软编码软解码。

软编码软解码主要依赖的是CPU资源,设备普通使用也是使用CPU做计算,所以开始编解码视频的时候CPU会飙升起来,发热就无法避免。

硬编解码主要依赖的是GPU,这样就大大解放了CPU,性能上得到大大提升,在移动设备上主要使用的就是硬解码。在高分辨率视频流中也是使用硬件编码,现在主流是使用英伟达显卡。

对视频数据编解码一般有两种方式:

1、软件的方式。
软编解码主要是通过X264,X265等软件编解码器对数据进行处理,优点是灵活,可以根据需要进行定制,缺点是速度比较慢。涉及的主要库包括FFmpeg,webrtc等。
2、硬件的方式。
使用硬件芯片厂商提供的API进行编解码,这些编解码器已经被集成到了硬件底层,优点是速度快,缺点是与平台相关,而且不够灵活。

常见的硬件编解码方式有:

1、Android平台提供的MediaCodec 

2、iOS平台提供的Video ToolBox

3、Intel提供的QuickSync 

硬件解码:就是通过硬件进行视频的解码工作,其中硬件解码是由GPU来进行的,使用GPU解码能够降低CPU的工作负荷,降低功耗。

软件解码:软件解码则是通过软件本身占用的CPU进行解码,所以会增加CPU工作负荷,提升功耗,

优缺点:

硬解优点:由显卡核心GPU来对高清视频进行解码工作,CPU占用率很低,画质效果比软解码略差一点,需要对播放器进行设置。播放出来的视频较为流畅,并且能够延长移动设备播放视频的时间;
优点:播放流畅、低功耗 缺点:受视频格式限制、功耗大、画质没有软解码好。

软解优点:由CPU负责解码进行播放 优点:不受视频格式限制、画质略好于硬解。软解能够解码所有视频格式文件,且画质更加清晰;

软解缺点:由于软解加大CPU工作负荷,会占用过多的移动CPU资源,会占用过高的资源,如果CPU能力不足,则软件也将受到影响。

软编:实现直接、简单,参数调整方便,升级易,但CPU负载重,性能较硬编码低,低码率下质量通常比硬编码要好一点。

硬编:性能高,低码率下通常质量低于硬编码器,但部分产品在GPU硬件平台移植了优秀的软编码算法(如X264)的,质量基本等同于软编码。

H.263、H.264、H.265/HEVC

H.263可以2~4Mbps的传输速度实现标准清晰度广播级数字电视(符合CCIR601、CCIR656标准要求的720*576);而H.264由于算法优化,可以低于2Mbps的速度实现标清数字图像传送;H.265 High Profile 可实现低于1.5Mbps的传输带宽下,实现1080p全高清视频传输。

H.265/HEVC的编码架构大致上和H.264/AVC的架构相似,主要也包含,帧内预测(intra prediction)、帧间预测(inter prediction)、转换 (transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding)等模块,但在HEVC编码架构中,整体被分为了三个基本单位,分别是:编码单位(coding unit,CU)、预测单位(predict unit,PU) 和转换单位(transform unit,TU )。

比起H.264/AVC,H.265/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率,以编码单位来说,H.264中每个宏块(macroblock/MB)大小都是固定的16x16像素,而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64。

除了在编解码效率上的提升外,在对网络的适应性方面H.265也有显著提升,可很好运行在Internet等复杂网络条件下。
在这里插入图片描述

2012年8月,爱立信公司推出了首款H.265编解码器,而在仅仅六个月之后,国际电联(ITU)就正式批准通过了HEVC/H.265标准,标准全称为高效视频编码(High Efficiency Video Coding),相较于之前的H.264标准有了相当大的改善,中国华为公司拥有最多的核心专利,是该标准的主导者

H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264,保留原来的某些技术,同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。具体的研究内容包括:提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。H264由于算法优化,可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送;H265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P(分辨率1280*720)普通高清音视频传送

趋势

在1080P为极致观影追求的时代,H.264是最理想的解码方式,而随着4K成为行业大趋势,H.265才是其最理想的搭档 —— 想要呈现完美的4K画质需要满足三个必须条件:4K片源、4K显示屏幕、H.265解码方式

参考:
硬件、软件解码,H264、H265/HEVC: https://www.jianshu.com/p/b9ba0c428f2d
Video Encoding Settingsfor H.264 Excellence: http://www.lighterra.com/papers/videoencodingh264/

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