H.265编码标准让高清更上一层楼

    4K高清来袭， H.265编解码器愈发重要。高清化是用户的需求，也是视频监控发展的趋势。然而高清化带来的传输及存储方面的问题，也让企业头痛不已。如何解决视频传输及存储?H.265视频编解码器应运而生。

    何为H.265?

　　在有限带宽下传输更高质量的网络视频，这就是H.265标准诞生的意义。对于大多数专业人士来说，H.265编码标准并不陌生，其是ITU-T VCEG继H.264之后所制定的视频编码标准。H.265标准主要是围绕着现有的视频编码标准H.264，在保留了原有的某些技术外，增加了一些相关的技术。

　　在新增加的技术部分，能够改善码流、编码质量、延时及算法复杂度之间的关系。据了解，H.265研究的主要内容包括，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。

　　爱立信于2012年8月推出了首款H.265编解码器，之后，2013年1月25日，国际电信联盟组织初步批准了HEVC/H.265标准，标准的全称为高效视频编码(High Efficiency Video Coding)，据悉此标准是为了给音视频服务提供更好的视频编码方法，H.265标准正式命名为HEVC。

　　H.265/HEVC的编码架构

　　其实，H.265/HEVC编码架构大致上与H.264/AVC的架构相似，其主要包括，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小的8x8到的64x64。

　　同时，H.265的帧内预测模式支持33种方向(H.264只支持8种)，并且提供了更好的运动补偿处理和矢量预测方法。

　　反复的质量比较测试已经表明，在相同的图象质量下，相比于H.264，通过H.265编码的视频大小将减少大约39-44%。由于质量控制的测定方法不同，这个数据也会有相应的变化。

　　通过主观视觉测试得出的数据显示，在码率减少51-74%的情况下，H.265编码视频的质量还能与H.264编码视频近似甚至更好，其本质上说是比预期的信噪比(PSNR)要好。

　　H.265技术占据绝对优势

　　首先，H.265标准具有灵活的编码结构。在H.265中，将宏块的大小从H.264的4×4、8×8、16×16扩展到了32×32、64×64、甚至于128×128的宏块，以便于高分辨率视频的压缩。同时，H.265采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率，包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。

　　其次，拥有灵活的块结构——RQT(ResidualQuad-treeTransform)。RQT是一种自适应的变换技术，这种思想是对H.264/AVC中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技术的延伸和扩展。对于帧间编码来说，它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整;对于帧内编码来说，它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换，一方面能够提供更好的能量集中效果，并能在量化后保存更多的图像细节，但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此，根据当前块信号的特性，自适应的选择变换块大小，可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者的折中。

　　再次，采样点自适应偏移(SampleAdaptiveOffset)。SAO在编解码环路内，位于Deblock之后，通过对重建图像的分类，对每一类图像像素值加减一个偏移，达到减少失真的目的，从而提高压缩率，减少码流。采用SAO后，平均可以减少2%~6%的码流，而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2% 此外，自适应环路滤波(AdaptiveLoopFilter)。ALF在编解码环路内，位于Deblock和SAO之后，用于恢复重建图像以达到重建图像与原始图像之间的均方差(MSE)小。ALF的系数是在帧级计算和传输的，可以整帧应用ALF，也可以对于基于块或基于量化树(quadtree)的部分区域进行ALF，如果是基于部分区域的ALF，还必须传递指示区域信息的附加信息。

　　后，H.265采用了并行化设计思路。当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展，因此为了适应并行化程度非常高的芯片，H.265引入了很多并行运算的优化思路。

　　海康威视等支持H.265编解码产品纷纷“出锅”

　　9月初，海康威视推出了业界支持H.265 4K NVR产品;中兴力维也在近日发布H.265高清网络摄像机。4K带来的高清时代，需要H.265的支持。

　　据了解，2014年9月份，海康威视推出了4K NVR，其具有超强的显示和解码性能。支持H.265编解码。据悉，海康威视4K NVR，是4K IPC强大的后盾，支持4K 显示，解决了4K监控存储和显示输出的瓶颈，和4K IPC、4K显示器一起形成完美的超清解决方案，将成为4K超清监控的中流砥柱，促进4K监控的普及和应用。

　　2014年9月12日，中兴力维在南京举行的新品发布会上，推出了支持H.265/HEVC的高清网络摄像机7200系列。据中兴力维执行董事长祝金程表示，高清网络摄像机7200系列可以提供高清图像，同时又降低了存储要求，节省了在存储设备上的投资;甚至还能降低码流，从而降低带宽和网络方面的压力;在低照度、光线极差的环境下，仍然可以输出高清图像。这就是支持H.265的高清网络摄像机7200系列的“三低”特征。

　　新近发布的苹果手机iphone 6和iphone 6 plus均支持H.265视频编解码。从iPhone的技术规格页面上可以看出，iPhone 6和iPhone 6 Plus都会利用下一代H.265技术——也就是高效率视频编码(HEVC)——来对通过蜂窝网络进行的FaceTime视频通话进行编码和解码。

　　2014年9月，全球视频监控半导体解决方案的海思公司将基于H.265/HEVC标准推出业界颗高清网络摄像机处理器Hi3516A。该Hi3516A处理器采用海思先进的H.265/HEVC算法，改善了H.265/HEVC标准固有的图像振铃效应，极大减少了大运动场景下的拖尾现象和块效应，并在保持与H.264/AVC相同的图像画质下编码码流降低50%。同时，Hi3516A灵活的高性能ARM Cortex-A7处理器配合海思第二代智能分析协处理单元IVE2.0，提供车牌识别、周界防范、人脸识别等多达40种智能分析应用。

　　H.265标准发展前景

　　从长远角度看，H.265标准将会成为超高清电视(UHDTV)的4K和8K分辨率的选择。但这也会带来其它问题。目前，还极少有原生4K分辨率的视频内容。H.265标准的完成意味着内容拥有者现在已经有了一个对应的理论标准，但是他们现在还没有一个统一的方式来传送内容。索尼正在计划一个4K电影数字传送服务，供那些购买索尼4K电视的顾客使用，并且还在今年推出了名为“Mastered in 4K”的高清蓝光DVD播放器。这些1080p影片是从4K数字母版转换而来，并且将来有望推出质量更好的“近4K体验”。

　　结语：H.265标准自2013年被确认，到如今大企业纷纷推出产品，其发展的趋势异常火热。配合着4K技术的发展，H.265编解码发展越发重要，相信在不远的将来，支持H.265的产品将会陆续推出。