AVC 和 HEVC 的区别(AVC和HEVC哪个好)

在视频压缩中，两种流行的编解码器脱颖而出——AVC 和 HEVC，引发了 AVC 与 HEVC 的争论。AVC，也称为 H.264，十多年来一直是行业标准，但 HEVC，也称为 H.265，是更新和更先进的编解码器。

全球几乎 70%-80% 的流媒体视频使用 H.264/AVC 编解码器标准。但慢慢地，VP9、H.265/HEVC 和 AV1 也开始兴起，因为它们声称与 H.264/AVC 标准相比，在相似的比特率下具有更好的压缩效率和更高的质量，并且还提供了一些新的附加功能。新的视频压缩标准正在出现，以提供更好的视频质量、改进的压缩效率、工具和新功能。

本文将探讨 AVC 和 HEVC 之间的主要区别，以及它们如何影响视频质量、带宽和文件大小。请注意，x264（用于 AVC）和 x265（用于 HEVC）的 FFmpeg 实现用于此观察。

为了在相似的编码模式下比较 AVC 与 HEVC 的质量，编码器在恒定 QP 模式下运行，并且所有其他编码选项对于两个编码器都是相同的。使用不同复杂度的视频片段进行比较，其中这些视频片段具有不同的纹理信息、运动和场景变化。

HEVC 相对于 AVC 的优势

HEVC代表“高效视频编码”，也称为 H.265。 HEVC 是在视频编码联合协作小组 ( JCT-VC ) 开创的H.264/AVC视频压缩标准之后开发的。开发此 HEVC 压缩标准是为了将先前标准 H.264/AVC的压缩效率提高一倍。

HEVC 提供了多种工具来提高 AVC 的编码效率。下面列出了一些有效的工具/编码选项。

AVC 与 HEVC 的比特率比较

为了分析 HEVC 相对于 AVC 的优势，两种编码器都运行 1080P 的各种复杂视频，并且 4K 被视为具有相同的视频内容。

1080P/2K 内容的比特率比较

下面是同一组视频内容的平均比特率 AVC 和 HEVC 编码器的条形图。对于 1080P 视频，两个编码器都以恒定 QP 模式运行；两个编码器的其余配置相同。

HEVC 相对于 AVC (AVC_BR/HEVC_BR) 的平均比特率增益为 1.38 倍。如果我们单独检查较低复杂度的内容，比特率增益为 1.56，并且该比率随着内容复杂度的增加而降低；增益分别为 1.39 倍、1.38 倍、1.30 倍和 1.28 倍。 

2160P/4K 内容的比特率比较

下面是同一组视频内容的平均比特率 AVC 和 HEVC 编码器的条形图。对于 2160P 视频，两个编码器都以恒定 QP 模式运行；两个编码器的其余配置相同。

HEVC 相对于 AVC (AVC_BR/HEVC_BR) 的平均比特率增益为 1.49 倍。如果我们单独检查较低复杂度的内容，比特率增益为 1.6，并且这个比率随着复杂度的增加而降低，增益比率分别为 1.54x、1.50x、1.43x 和 1.36x。 

与 2K 相比，4K 的比特率

当视频内容以 4K 编码时，同样的内容以 2K 编码，下面是对各种内容的比特率的观察。对于 AVC 平均 (AVC_4k / AVC_2K) 平均比特率比是 2.55x，对于 HEVC，同样的平均 (HEVC_4K/HEVC_2K) 比是 2.39x。因此，可以根据当前的 1080P 码率为 4K 视频选择合适的码率。 

这些比率的最大值和最小值对于 AVC 约为 3.64x/1.95x，对于 HEVC 约为 4.81x/1.72x，不同视频的变化模式对于 AVC 和 HEVC 运行是相似的。max ratio 视频是有纹理信息的内容，比如图书馆的场景，而 minimum gain 视频是像户外运动特写镜头的全景镜头。对于这种动态比率范围的一种可能解释是，如果 4K 内容中的帧内容比 2K 内容更适合更大的块，这可以提供更好的增益。增益较少的视频可能有对象/纹理，这可能需要更小的 2K 和 4K 子块大小。 

AVC 与 HEVC 的 PSNR 比较

下面列出了以 1080P 和 4K 的 AVC 和 HEVC 模式运行的不同视频内容的 PSNR 值。PSNR 的平均值考虑了一组视频，以便于说明和分析。

1080P/2K 内容的 PSNR 比较

HEVC 的平均 PSNR 为 42.47 dB，AVC 为 41.09 dB。随着内容复杂性的增加，PSNR 下降多达 5 dB。HEVC 的 PSNR 比 AVC 好大约 1.5 dB。

2160/4K 内容的 PSNR 比较

HEVC_4K 的平均 PSNR 为 45.34 dB，AVC 为 44 dB。随着内容复杂性的增加，PSNR 下降多达 5dB。HEVC 比 AVC 好大约 1 -1.5 dB。 

与 1080P 相比，对于较低复杂度内容的 HEVC_4K 和 AVC_4K（相同内容范围），4K 的 PSNR 提高了约 2.5 dB，对于相同压缩格式的高复杂度内容，PSNR 提高了约 3.2 dB。 

HEVC 高增益内容

在此分析过程中，我们观察了一组视频，其中 HEVC 压缩增益优于 AVC，被认为优于 1080P 和 4K 模式的平均值。令人惊讶的是，此类具有所有复杂性类型的内容，包括低、中和高复杂性。

对于特定视频，HEVC 相对于 AVC 的增益高达 4K 的 3.34 倍和 2K 的 2.65 倍。其中一项观察结果是，在有摄像机移动的视频中可以看到更高的增益（手持摄像机的水平/平移运动有轻微的移动）；由于相机移动，整个帧都会有运动矢量，而 HEVC 在运动预测和有效编码此类帧间方面可能做得更好。

HEVC 低增益内容

很少有视频样本显示 HEVC 相对于 AVC 的增益低于平均水平（平均水平较低 1.3 倍）

对于 1 或 2 个剪辑，HEVC 相对于 AVC 的增益低至 0.93 倍，4K 的平均增益为 1.15 倍，2K 的平均增益为 1.06 倍。本课程的主要内容是非常高的纹理内容和快速运动，例如在田野上移动的无人机相机、全屏旋转对象以及具有透视变化（对象的大小和视图发生变化）的视频。 

提到 HEVC 相对于 AVC 的低增益，理论上 HEVC 应该至少和 AVC 一样好，但是从上面的观察可以看出，对于 1 或 2 个剪辑，AVC 的表现略好于 HEVC；原因可能是 AVC 的 x264 实现已经经历了几轮质量改进。x265 也可能在未来几天改进并提高编码效率。

此外，另一个观察结果是 HEVC 中的 0.93 倍增益，PSNR 为 43.2 dB，而对于 AVC，它为 41.9 dB（即 HEVC 好 1.3 dB）。这也可以解释为什么对于此类内容，HEVC 的高 PSNR 输出可能比 AVC 消耗更多的比特。

AVC 与 HEVC——结论

根据以上数据和实验可以得出以下结论。  

1. HEVC 为 1080P 内容提供了比 AVC 平均 1.38 倍的比特率增益，为 4K 内容提供了 1.49 倍的比特率增益。
2. 对于相同的 QP 值，HEVC 观察到平均 1.5 dB PSNR 改进。
3. 与 1080P 相比，4K 视频平均使用多 2.66 倍的比特。
4. 根据视频的性质，HEVC 的增益可高达 3.34x，低至 0.93x-1.08x。
5. 由于不同的内容复杂性，恒定 QP 模式的比特率动态范围很大。下表描述了范围。

注意：数据和分析基于 x264 和 x265，用于一组识别具有不同复杂性的测试向量。这些数字可能会随着编码器的不同模式/版本和测试用例而改变。

表 2：在恒定 QP 模式下运行的 HEVC 和 AVC 编码器的各种内容的比特率范围。

1. 基于平均数据，如果AVC工作码率在3Mbps-6Mbps范围内；对于 4K AVC 编码，比特率可以在 7.5-8 Mbps 到 15-16 Mbps 范围内。
2. 对于 HEVC，2K 的比特率范围可以是 2.2 Mbps 到 4.4 Mbps，4K 的比特率范围可以是 5 Mbps 到 10MBps
3. 比特率可以根据内容类型（体育/新闻/室内/室外/EdTech/会议等）进行微调。
4. 由于比特率的动态范围非常高，如表 2 中的 30 倍到 80 倍，内容自适应编码器可以帮助降低整体比特率，从而降低交付/CDN 成本，并提供更好的体验质量，因为可以以较低的带宽流式传输更高的分辨率。

作者：Ashok Magadum
Ashok Magadum 是 Vidarka Technologies 的创始人兼首席执行官，该公司专注于为 VOD、直播和低延迟流提供高质量、成本最优、可扩展和可靠的视频流解决方案领域，涵盖 OTT/FAST、EdTech、电子购物、游戏、以及更多的应用领域。
编译自ottverse，内容仅供参考。