zobovision随谈H.265/HEVC编码FPGA实现（一）

    H.265/HEVC出来已有10年，但市场应用难言巅峰，

    正如古董级的H.264现在仍然大行其道，H.265的全面应用仍有待市场发酵，

    至少在硬件产品端应用，值得期待。

    一来H.265相对H.264而言，压缩技术确实要先进不少，不管是理论上还是实际效果方面；

    二是H.265相对后来者H.266/VVC等而言，实用性更强，性价比更高，

    产品端的应用讲究压缩性能和计算复杂度的平衡，

    H.266以10倍的计算复杂度换取压缩性能的有限提升，

    虽然现在的FPGA/ASIC器件规模越来越大，但依然实现代价巨大，实现成本代价高，

    而H.265，如同10年前看H.264，现在的H.265普及应用正当时。

    

    zobovision今天开始谈谈H.265/HEVC视频编码的FPGA实现，同样也适用于ASIC实现，

    只是泛泛而谈，一般不涉及具体实现。

    zobovision于2014年成立于深圳，

    专注视频图像编解码FPGA/ASIC IP研发和商用，编码为主，

    H.264/H.265/HEIF/H.266系列IP均有，偶有心得，和大家分享，一家之言，仅供参考。

    

    FPGA或ASIC实现编码，也可称之为硬编，这是相对软件编码而言;

    软编可利用的硬件资源固定，编码帧速主要取决于计算量大小，当然也有很多加速方法。

    硬编则大不同，

    需要用到多大的资源，能跑到多快的帧速，能有多好的压缩效率和压缩质量，

    完全取决于你的设计，不同的设计，千差万别，

    如同一张白纸上绘画，可以自由发挥，

    最好的设计当然是：资源最少，编码速度最快，压缩质量最好，还有最高的压缩效率。

    关键是，能做到吗？

    还是有可能的，

    前提是和他人作比较，这也许是硬编的一大魅力。

    

    FPGA实现H.265编码，难吗？

    

    可以说不难。

    

    H.265沿袭了视频编码一贯的框架，

    如果不考虑实现资源代价，不考虑编码速度和压缩效率，

   做起来倒也不难，简化版的H.265，会FPGA编程和硬件算法，大多能做。

    

    但，其实挺难。

    

    H.265较H.264的计算量增加10倍量级，即使简化后一般也有5/6倍，

   而影响编码速度的瓶颈，

    如帧内预测到DCTQ及重建的闭环串行通路，以及二进制算术编码CABAC串行计算等，

    却依然存在，

    通常硬编对编码速度有硬性要求，如1080P@60，

    在H.265计算量增加1个量级，且递归层次及选择项大增的情况下，

    如何达到既定编码速度，又要兼顾硬件逻辑资源和压缩效率的平衡，则并非易事。

    zobovision于2015年推出第一款商用H.265编码和解码FPGA IP，

    基于xilinx K7 325T FPGA器件平台，1080P@60规格，

    主要用于低延迟视频编解码，以及HEVC图片编解码应用，

    如今七年过去了，仍致力于IP的不断优化和升级，

    包括不同规格和应用以及不同FPGA器件平台的移植等，

    不同场景应用可能都有一些侧重点或者优化需求，

    有的侧重压缩效率和视频质量，需要更大规模的FPGA器件平台，

    有的侧重低延迟性能和高性价比FPGA器件，则可能需要适当牺牲压缩性能，

     诸如此类。

    FPGA硬编研发方向，可以归纳为两个不同方向：

    一个是硬件加速方向，

    大体上用于软件编码的加速，不讲究绝对速度或实时性，

    通常不牺牲视频压缩质量或压缩性能，有的还能提升，或配合软件进行，或独立进行，

    速度上较软编通常有很大的提升，但还达不到实时性编码的速度。

    另外一个方向则是全实时编码，如1080P@60,4K@60等，

    对编码速度有硬性要求，可以适当牺牲压缩性能，

    当然，能不损失压缩性能最好，

    甚至可能有超越的，可以当另类存在。

    

    不同的方向，设计思想和侧重点也迥异，

     架构不同，控制流程不同，差别较大。

    

     zobovision主要做实时编码，

      后续也将重点围绕FPGA H.265实时编码方向，深入的泛泛谈谈。 

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