H.265视频编码方式

关于H.265视频编码历程，这里从视频编码的两大机构开始说起。第一个组织是MPEG，英文全称是Moving Picture Experts Group，翻译成中文就是“动态图像专家组”。 这个组织成立于1988年，致力开发视频、音频的压缩编码技术。至今已经制定了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3、MPEG-4、MPEG-7等多个标准，最新的MPEG-21正在制定中。制定的标准需要被所有厂商机构接受认可，需要和官方合作，所以MPEG的正是名称是ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11 – Coding of moving pictures and audio (ISO/IEC Joint Technical Committee 1, Subcommittee 29, Working Group 11)，简写就是ISO/IEC Moving Picture Experts Group（MPEG），其中ISO是国际标准化组织，IEC是国际电工委员会。

第二个进行视频编码研究的机构是ITU-T，即国际电信联盟下属的电信标准化部门。国际电信联盟ITU有个特点好像什么标准都可以制定，而且权威性大，很多国际标准都需要它的批准。 ITU-T一般用一个大写字母来对标准，建议进行分类，称为系列。比如H系列，为视频音频以及多媒体系统复合方法。下面有H.261，H.262，H.263，H.264，H.265等多系列号。

ISO/IEC MPEG和ITU-T合作，已经推出的共同编码标准有H.262/MPEG-2，H.264/MPEG-4 AVC以及H.265/MPEG-H。其中H.265又称为高效率视频编码（High Efficiency Video Coding，简称HEVC），是MPEG-H第2部分，被视为是ITU-T H.264/MPEG-4 AVC标准的继任者。H.265编码由ISO/IEC MPEG和ITU-T于2004年开始制定。第一版的HEVC/H.265视频压缩标准在2013年4月13日被接受为ITU-T的正式标准。

H.265与H.264视频编码一样，都是采用Hybrid Video Coding的架构，但在各部分加入了一些新技术或者提升了原本编码工具的效率。

H.265支持8×8到64×64像素的编码树单元。编码树单元可向下分割编码单元、预测单元及转换单元。一般来讲，更大的转换单元可以更好地编码静态信号，而更小的转换单元可以更好地编码更小的“脉冲”信号。这样数据量相对更小。

H.265一个编码单元可以使用八种预测模式中的一种进行预测，有35个不同的帧内预测模式（H.264支持9个）。

针对运动向量预测，H.265要比H.264复杂。H.265有两个参考表：L0和L1，每一个都拥有16个参照项。

在编码的过程，预测单元是进行预测的基本单元，变换单元是进行变换和量化的基本单元。这三个单元的分离，使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活。

H.265有两个环路滤波器，解块滤波器（DBF）与样本自适应偏移量（SAO）滤波器。与H.264在4×4块上实现去块化所不同的是，H.265的只能在8×8网格上实现去块。这就能允许去块的并行处理（没有滤波器重叠）。首先去块的是画面里的所有垂直边缘，紧接着是所有水平边缘。与H.264采用一样的滤波器。

使用了跟H.264中一样的CABAC（前文参考之适应性二元算术编码）算法来做熵编码，抛弃了CAVLC。

H.265定义了包含Main和High 2种“层级”（Profile），以及13种“等级”（levels）。层级是被设计来面对不同的应用，对其最大比特率做限制。其中Main是被设计给大部分的应用，而High是被设计给高要求的应用。等级则是针对比特流设置了一组限制，与Profile相似。当一个解码器符合给定了的层级与等级，代表此解码器也被要求必须能解码用该层级/等级及较低层级/等级所编码出来的比特流。

分辨率越高，编码效率就越高。下表是高通通过实验得出的与H.264相对，H.265编码在不同分辨率下的减少码率的比例：

任何使用H.265编码技术的设备生产厂家或者H.265内容提供商均需要缴纳专利授权费。H.265目前有4个专利收费组织，3大专利池外加Technicolor公司。这3大专利池分别是HEVC Advance，Velos Media和MPEG LA。

安防行业里，H.265编码已成主流。网络摄像机，NVR，DVR均已大规模采用H.265编码压缩方式，旧的H.264编码的产品已逐渐淘汰。华为海思有提供很多型号的支持H.265编码的用于网络摄像机的DSP和用于DVR，NVR的SOC。上面提到的H.265专利，华为拥有最多的核心专利。在安防领域，其关于H.265编码的核心技术是SmartP和AVBR技术。SmartP即智能的P帧（前向预测帧）预测编码，AVBR技术即先进的动态比特率控制技术。很多安防厂家发展引申了H.265编码技术，提出了诸如Smart H.265，h.265+，H.265++，H.265x，super H.265等等，其核心还是离不开H.265编码技术。一个比较有意思的现象是虽然安防行业里早已大规模使用H.265编码技术了，但是在传统的互联网视频领域使用H.265的比率还比较低。一方面可能是因为安防行业相对封闭，产业链比较单一，不像互联网视频领域那么开放，牵一发而动全身；另一方面可能是，互联网视频领域可选择的比较有竞争性的编码方式还有很多。

参考资料：