什么是 HEVC (H.265) 和 AVC (H.264)？ 应该优先选择哪一个？

当谈到视频和广播时，每个人都希望以最好的质量实现最流畅的流程。 另外，谁不喜欢高分辨率？ 今天我们将重点介绍两种基本的编解码器，H.265 (HEVC) 和 H.264 (AVC) 视频编解码器。

长话短说，这两个都是用于视频压缩目的的国际标准。 因此，在提供了硬件和软件标准的同时，视频流和存储等问题变得更加容易。

之前使用的是 H.264，后来由其后继者 H.265 取代。 H.265 对于 4K 和更高分辨率的视频尤其重要。 还涉及 AV1，它比所有这些都更新。 它正变得越来越普遍。

什么是视频编解码器？

在继续讨论 H.264、H.265 和 AV1 等选项之前，我们需要了解什么是编解码器。 编解码器可以是对数字信号进行编码/解码的软件或硬件。 例如，如果您使用的是 Windows 10，则拥有 Windows Media Player，它具有 MP3 编解码器类型（以及不同的编解码器），因此可以播放许多音乐文件。 但是，之前随 Windows 10 提供的 Windows Media Player 不包含适合播放蓝光光盘的编解码器。 因此媒体播放器无法播放这些视频，您可能需要不同的软件。

视频编解码器专门用于流式传输、存储、广播等原始视频数据。 将其压缩成更小的形式，更方便例如，4K视频由一系列帧组成，每帧由830万像素组成。 所以我们正在谈论很多数据。 H.265 或 H.264 等编解码器可以去除视频的一些细节，从而更轻松地运行 4K 视频。 这个过程称为有损压缩，我们应该指出，过多的有损压缩可能会导致图像卡住，看起来不正确。 压缩后，您的计算机、电视或媒体播放器还会使用编解码器解压缩该数据以进行输出。

我们不能说它是最新的，但 H.265（也称为 HEVC）是当今最流行的视频压缩/解压缩格式。 目前，AV1在迅速普及的同时，硬件和软件支持也日益增多。 平台正在慢慢向 AV1 迈进。 然而，H.265 仍然是最常用的编解码器。 正如我们所说，在 H.265 之前就有 H.264。 以前使用的是 MPEG-4。

什么是 AVC (H.264)？

H.264 是一种视频压缩行业标准，允许记录、压缩和分发数字视频内容。 它的工作原理是使用标准的面向块、基于运动补偿的视频压缩标准（代表高级视频编码 (AVC)）来处理视频帧。 这些单元称为宏块。 宏块通常由 16×16 像素样本组成，这些样本可以细分为变换块，并且可以进一步细分为所谓的预测块。

虽然这听起来可能令人困惑，但您需要了解以下内容：H.264 算法可以比以前的标准更好地降低比特率。 它还被 Vimeo、YouTube、iTunes 等互联网流媒体资源广泛使用。

由于它是2003年制定的视频压缩标准，可以说它有点过时了，但它仍然在使用。 H.264 被称为蓝光光盘的标准编解码器。 所有蓝光播放器都具有H.264解码功能。 此外，大多数录像机 (DVR) 使用 H.264 作为主要编解码器。

当年H.264的发展是真正的技术进步。 因为它将对电视、IP摄像机和电话会议感兴趣的人们带到了同一张桌子上，并且它成为了一个可以长期满足每个人需求的成功标准。

通常支持的分辨率和宽高比是：

• 854 x 480 (16:9 480p)
• 1280 x 720 (16:9 720p)
• 1920 x 1080 (16:9 1080p)
• 640 x 480 (4:3 480p)
• 1280 x 1024 (5:4)
• 1920 x 1440 (4:3)

Apple决定使用H.264在一定程度上促进了这种编码的普及。 传统标准已进入拥有无数Pad和iPhone的千家万户，并已成为图像编码的绝对标准，拥有超过80%的市场份额。

与以前的编码标准相比，H.264 可以以更低的比特率产生更高的图像质量。 AVC还广泛应用于网络多媒体传输和高清地面电视、卫星电视、广电等行业的各个领域。

什么是 HEVC (H.265)？

正如我们提到的，H.265 是另一种广泛用于视频压缩的视频标准。 HEVC 代表高效视频编码，也以其另一个名称而闻名。 与不同的标准一样，HEVC 采用标准化方法来编码和解码视频。

H.265 还确定编解码器使用的工具类型。 H.265 标准由 ISO/IEC MPEG（运动图像专家组）和 ITU-T VCEG（视频编码专家组）制定，于 2013 年首次推出。 此外，我们应该注意到它支持高达8K（UHDTV）的帧格式，分辨率为8192×4320像素。

借助 H.265，您可以进行 4K 流式传输，而无需依赖蓝光光盘等物理存储源。 Netflix、Amazon 和 Hulu 等主要流媒体服务至少在部分流媒体中使用 HEVC，包括 1080p。 H.265 视频编码器压缩源视频（一系列帧），然后存储或传输该比特流。 然后视频解码器解压缩以输出一系列解码帧。

至于H.265使用的压缩技术：宏块是为大量帧定义的，这些帧可以都是相同的颜色或相同的图像（例如背景）。 它们不是存储/广播每个像素的颜色，而是以块的形式存储/广播它们。 这种方法最终使正方形变得更小、更容易消化。

H.265实际上是建立在H.264基础上的压缩标准。 虽然保留了一些技术，但其他技术却得到了改进。 H.265 使用先进技术来改善代码吞吐量、编码质量、延迟和算法复杂性之间的关系，以实现最佳设置。 以下是H.265带来的一些创新：

• 更高的压缩效率。
• 可靠性提高。
• 从错误中恢复的能力。
• 实时延迟的改善。
• 减少信道获取时间和随机访问延迟。
• 降低复杂性。

H.265 对比 H.264：应该优先选择哪一个？

H.264和H.265的区别主要在于带宽和存储要求。 得益于H264算法的优化，H.265可以以低于1Mbps的速度传输标清数字图像。 较当前的标准能够以1-2 Mbps的传输速率传输传统的720P高清视频和音频（1280×720）。 让我们提醒您，它旨在以有限的带宽提供更高质量的网络视频。 因此，根据目前的情况，只能使用H.264的一半带宽来播放相同质量的视频。 H.265标准还提供4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高分辨率视频支持。

H.265/HEVC 编码架构与 H.264/AVC 非常相似。 主要包括帧内预测、间预测、变换、量化、解块滤波器、熵编码等模块。 然而，在HEVC编码架构中，一切都被分为三个基本块：编码单元（CU）、预测单元（PU）和变换单元（TU）。

与 H.264/AVC 相比，H.265/HEVC 有多种降低比特率的工具。 关于编码单元，H.264中每个宏块（MB）的大小是固定的16×16像素。 然而，H.265 编码单元提供从 8×8 到 64×64 的选项。 同时，H.264仅支持8个方向，而H.265内预测模式支持33个方向。 这提供了更好的矢量估计和运动补偿处理。

在质量基准方面，相同图像质量下，H265 压缩后的视频大小比 H.264 减少了 39-44%。 即使码率下降51%-74%，H.265编码视频的质量也可以与H.264编码视频相同或更好。

在比较 HEVC 和 AVC 时，不应选择“最佳编解码器”。 这项工作就是根据当前的使用场景做出正确的选择。 例如，如果您正在使用旧的遗留系统，AVC 可能是一个更安全的选择。 它受到广泛支持，对于许多应用程序来说绰绰有余。 另一方面，对于新系统，可以评估 HEVC 的效率改进。

当涉及到 4K 广播时，应该使用 HEVC。 4K广播所需的带宽如下：

• AVC：32 Mbps
• HEVC：15 Mbps

由于 H.265 可以更有效地压缩数据，因此将其用作视频压缩工具将减少大约 50% 的带宽和存储要求。 下表比较了 H.264 和 H.265 视频编码的建议带宽：

HEVC (H.265) 可以以一半的比特率提供与 AVC (H.264) 相同的视频质量。 但这两种格式之间的差异如何影响观众呢？ 以下是一些图片：

在这里，我们看到 AVC 丢失了一些细节，尤其是在厚火花的渐变中。 现在让我们增加 AVC 比特率，看看会发生什么。 分别为 7、14 和 21 Mbps：

比特率必须增加到 21 Mbps 才能匹配 HEVC 文件的质量。 这意味着 HEVC 文件的比特率是 3 倍。 那么更高的比特率意味着什么呢？ 每秒加载更多的“视频位”，这意味着更高的质量。 但与此同时，文件大小会增加，导出速度也会变慢。 这是 HEVC 成为一个不错选择的主要原因。 我们同时实现质量和速度。

新产品即将推出：VVC (H.266)

VVC（Versatile Video Coding），全称通用视频编码，于 2020 年中期发布。 与预期相比，名为 H.266 的编解码器将配备先进的压缩算法。 因此，如果承诺成真，就能以降低 50% 的比特率实现与 HEVC 相同的图像质量。 这将为 4K 和 8K 等高分辨率内容铺平道路。

一般来说，减少带宽对于数据上限和更少的存储空间来说是非常有希望的。 它还支持 H.266/VCC 360 度视频和 HDR 内容。 弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所 (HHI) 在宣布该标准时发表了以下声明：

“H.266/VVC 通过减少数据需求，使移动网络（数据容量有限）中的视频传输更加高效。 例如，之前的标准 H.265/HEVC 是 90 分钟 [4K] 传输视频需要大约 10 GB 的数据。” 要使用这项新技术达到相同的质量，只需要 5 GB 的数据。 由于 H.266/VVC 是针对超高清视频内容而开发的，因此新标准在平板电视上流式传输 4K 或 8K 视频时特别有用。”

但是，您需要等待一段时间才能从 VVC 中受益。 据与英特尔、华为、微软、高通等公司合作的弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所表示，使用该编解码器处理视频所需的 CPU 尚不可用，尤其是移动 CPU。

什么是AV1？

AV1 (AOMedia Video 1) 计划作为目前在 Prime Video、Apple TV+、Disney Plus 和 Netflix 等平台上用于 ​​4K HDR 视频的 HEVC (H.265) 格式的继任者。

HEVC 依赖于硬件加速，因此在此编解码器成为标准之前发布的旧设备上通常不支持 HEVC 编码的视频。 AV1 也是如此，它承诺比 HEVC 的效率提高近 30%。

AV1 是一个开源标准，这意味着它是免版税的，并且不需要许可即可使用。 这意味着视频平台、设备制造商以及用户可以避免以前与 HEVC 等编解码器相关的高额许可成本。

作为补充信息，该标准由开放媒体联盟开发，该联盟由苹果、微软、谷歌、亚马逊、NVIDIA 和腾讯等巨头组成。

目前，AV1 编解码器的压缩性能比 HEVC 高出 30%，无论其使用的领域如何。 但我们刚才提到的大联盟，随着时间的推移，将会继续争取更大的业绩收益。

就文件大小和效率而言，一切听起来都不错，但有一点很重要。 首先，对 AV1 视频进行编码需要更长的时间。 想象一下用手机拍摄视频，然后等待很长时间才能分享。 这是AV1广泛采用之前需要解决的一个重大问题。

如果硬件不支持AV1编码，就必须依靠基于软件的解决方案。 同样的 15 秒剪辑，使用 H.265 软件需要 5 分钟，而使用 AV1 则至少需要 10 分钟。