一、H.265技術簡介

H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標準。H.265標準圍繞著現有的視頻編碼標準H.264，保留原來的某些技術，同時對一些相關的技術加以改進。新技術使用先進的技術用以改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系，達到最優化設置。具體的研究內容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低復雜度等。H.264由于算法優化，可以以低于1Mbps的速度實現標清數字圖像傳送;H.265則可以實現利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P(分辨率1280*720)普通高清音視頻傳送。

在編碼技術方面，H.265仍然采用標準的基于塊的混合編碼框架，但是每個技術模塊相對H.264都有提升和改進。基于塊的混合編碼框架包括幀內預測、幀間預測、變換編碼以及熵編碼技術，該框架成為了后續視頻編碼標準的基礎。

二、H.265的優勢

作為新一代視頻編碼標準，H.265仍然屬于預測加變換的混合編碼框架。然而，相對于H.264，H.265 在很多方面有了革命性的變化。H.265的技術優勢有：

1、靈活的編碼結構

H.265與H.264最大的差異在于編碼塊的劃分，H.264采用16x16的宏塊，而H.265中，將宏塊的大小從H.264的16×16擴展到了64×64，以便于高分辨率視頻的壓縮。同時，采用了更加靈活的編碼結構來提高編碼效率，包括編碼單元(Coding Unit)、預測單元(Predict Unit)和變換單元(Transform Unit)。編碼單元增大，能更好地利用圖像相鄰像素信息，對編碼效率的提升貢獻很大。

其中編碼單元類似于H.264中的宏塊的概念，用于編碼的過程，預測單元是進行預測的基本單元，變換單元是進行變換和量化的基本單元。這三個單元的分離，使得變換、預測和編碼各個處理環節更加靈活，也有利于各環節的劃分更加符合視頻圖像的紋理特征，有利于各個單元更優化的完成各自的功能。H.265和H.264編碼能力對比見下圖：

2、靈活的塊結構——RQT(ResidualQuad-tree Transform)

RQT是一種自適應的變換技術，這種思想是對H.264中ABT(Adaptive Block-size Transform)技術的延伸和擴展。在幀內預測模塊中，H.265進一步豐富預測模式，將H.264原來最多9種方向預測擴展到35種;在幀間預測模塊，H.265改進了亞像素插值技術以及運動矢量預測技術;熵編碼模塊中，H.265拋棄了性能較低的CAVLC技術，只采用CABAC技術。對于幀間編碼來說，它允許變換塊的大小根據運動補償塊的大小進行自適應的調整;對于幀內編碼來說，它允許變換塊的大小根據幀內預測殘差的特性進行自適應的調整。大塊的變換相對于小塊的變換，一方面能夠提供更好的能量集中效果，并能在量化后保存更多的圖像細節，但是另一方面在量化后卻會帶來更多的振鈴效應。因此，根據當前塊信號的特性，自適應的選擇變換塊大小，可以得到能量集中、細節保留程度以及圖像的振鈴效應三者最優的折中。

3、采樣點自適應偏移(SampleAdaptive Offset)

SAO在編解碼環路內，位于Deblock之后，通過對重建圖像的分類，對每一類圖像像素值加減一個偏移，達到減少失真的目的，從而提高壓縮率，減少碼流。采用SAO后，平均可以減少2%~6%的碼流,而編碼器和解碼器的性能消耗僅僅增加了約2%。

4、自適應環路濾波(AdaptiveLoop Filter)

ALF在編解碼環路內，位于Deblock和SAO之后，用于恢復重建圖像以達到重建圖像與原始圖像之間的均方差(MSE)最小。ALF的系數是在幀級計算和傳輸的，可以整幀應用ALF，也可以對于基于塊或基于量化樹(quadtree)的部分區域進行ALF，如果是基于部分區域的ALF，還必須傳遞指示區域信息的附加信息。

5、并行化設計

當前芯片架構已經從單核性能逐漸往多核并行方向發展，因此為了適應并行化程度非常高的芯片實現，H.265引入了很多并行運算的優化思路，用垂直和水平的邊界將圖像劃分為一些行和列，劃分出的矩形區域為一個Tile，每一個Tile包含整數個LCU(Largest Coding Unit)，Tile之間可以互相獨立，以此實現并行處理。除了模塊性能改進，H.265標準在制定時考慮到多核化、并行化的趨勢，在標準中增加了并行處理技術WPP、Tile。WPP能夠讓H.265的編碼、解碼按圖像行并行，而Tile技術則按照圖像分塊并行。WPP和Tile都是可選配置，并不是在每個碼流中都支持，而且兩者只能開啟一個。

三、H.265技術在監控產品上的發展趨勢

1、H.265和高清化的結合

今天的視頻監控領域面臨著多方面的挑戰和技術難題。隨著攝像機分辨率的不斷增加，出現了更大的百萬級像素、全景鷹眼攝像機、甚至是千萬級像素，比如：8MP、12MP。同時隨著互聯網技術的發展，遠程的視頻預覽觀看成為了主流的需求，遠程觀看這樣的大分辨率視頻而帶來了巨大的網絡傳輸壓力，同時超高清分辨率的監控視頻存儲也加大了存儲壓力。這幾個方面的困境已無法通過H.264進行突破，H.265相比H.264，對高清化視頻更高的壓縮率可極大的緩解這一壓力。比如，對3MP分辨率的H.265網絡攝像機，2Mbps的H.265的碼流解碼效果和4Mbps的H.264圖像效果相當。相比H.264，對視頻監控網絡方案實施和工程建設來說，能夠節省許多預算開支。

2、H.265和智能算法的結合

除了高清化的趨勢，還有一種趨勢是智能化和H.265編碼的有機配合。從算法的角度理解，視頻壓縮算法中也使用了大量的智能分析算法，視頻壓縮的根本是根據對視頻圖像場景的理解，有效的剔除時間冗余、空間冗余、概率冗余等，在保留信息的前提下，達到壓縮的目的，以盡可能的接近視頻圖像信息熵。若智能分析算法和H.265編碼器更大程度的結合使用，更能進一步降低碼率，提升圖像質量。目前H.265還在標準的發展和推廣階段，智能化算法的優化是推動H.265技術進一步發展和突破的助力。

3、H.265和4K的結合

H.264讓1080p風暴席卷了全球，但卻再也無力引領4K潮流。H.264引以為豪的高壓縮率在4K的龐大體積中顯得是如此無能力，牽引4K乃至8K視頻的重擔，就落在H.264的繼任者——H.265身上了。4K技術是視頻領域的一個突破，其更為寬廣的色域、更為高清的分辨率給了人們更為豐富逼真的視覺體驗，但對于視頻編碼處理來說4K是一個巨大的壓力和挑戰，但H.265以其超高的視頻壓縮率和智能化實現了和4K的完美結合，更為寬廣的宏塊和并行處理速度呈現了纖毫畢現的細膩畫質，豐富絕倫的圖像細節，流暢自然的播放效果。高清和智能實際是需求與被需求的關系，高清產生的海量數據需要智能協助處理，智能分析需要清晰的、高質量的圖像支撐。清晰度的提升，意味著圖像細節更豐富，同時也更意味著取證、調查、分析的數據更可靠。

針對這樣的行業發展趨勢，主流的安防行業廠商都加快了H.265技術的研發和產品的推出，各大廠商基于H.265技術推出了攝像機、硬盤錄像及及解碼拼控云主機等一系列全方案覆蓋的監控產品，可以實現H.265編碼的采、傳、存、顯、控一體化。H.265的超星光攝像機實現了24小時的全彩監控，并且在超高畫質的同時降低了網絡傳輸帶寬;基于H.265編解碼技術開發的硬盤錄像機相比H.264編碼壓縮了一倍的碼率，大大降低了存儲壓力和帶寬壓力，提高硬盤的使用時間，降低了客戶實際的使用成本;H.265的解碼拼控云主機更是引領解碼器的發展潮流，超高清的4K輸出，可以實現無極縮放和開窗漫游，并且可以進行大屏的級聯拼控，最多可達96屏輸出，同時支持小間距屏的拼接輸出，可以滿足大型展示、監控終端的解碼上墻需求，是H.265家族的明星產品。

四、總結

由于開發的難度以及對于硬件支持的高要求使得H.265的發展受到了一定的阻礙，但安防行業編解碼未來的發展趨勢是更高的壓縮性，更高清的視頻效果，雖然今天H.264仍然占據了網絡視頻碼流的80%左右，但是未來的十年間，H.265一定會以自身的優勢成為絕對的核心主流占據絕大多數的市場，同時隨著互聯網時代的推動，H.265的發展和推廣會更快速，更廣泛。