H.265引领视频新时代

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摘 要：随着视频服务的多样性以及高清视频的广泛流行，当人们对于高清视频的压缩效率提出更高要求时，在视频编码领域，统治了10年的H.264的霸主地位遭到动摇。为了解决视频分辨率和视频并行处理能力，制定了新的视频标准h.265，提高了高清视频的压缩率以及鲁棒性和错误恢复能力，减少实时时延和信道获取时间以及随机接入延时。

关键词：H.264 H.265 AVC HEVC 视频编码 ITU-T

中图分类号：F626 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0231-01

H.264（AVC）是现今流行的编码标准，1999-2003年，H.264处于发展初期；2003-2009年，H.264处于发展黄金期，被广泛地应用到许多重要的视频领域。由于当时盛行的H.262/MPEG-2并不具备数字视频处理能力，所以H.264在数字视频方面具备了突出的优势，得到了广泛的应用，包括高清卫视广播、固定网络和移动网络视频、视频会议等。

H.264发展的黄金10年间，随着高清视频的广泛流行以及人们对于高清视频的压缩效率的高要求，视频应用开始呈现出以下的发展趋势。

（1）高清晰度：从720p向1080p全面升级，甚至出现了4K×2K、8K×4K的数字视频格式。

（2）高压缩率：随着移动业务的发展，解决传输带宽的制约，高压缩率将受到更多的青睐。

因此，H.264存在着诸多局限性，由于H.264采用了固定的宏块，从而导致宏块个数爆发式增长，编码效率低下；随着分辨率的增加，导致出现大量冗余；核心算法并行效率较低，未能得到较高的压缩率。

为了解决上述问题，制定了新的视频标准――H.265（HEVC），由ITU-T VCEG所制定，继承了H.264存在的优势并且着重解决了两方面的问题：增加视频分辨率和增加视频并行处理能力。相比于H.264，H.265提高了压缩率、鲁棒性和错误恢复能力，减少实时时延、信道获取时间和随机接入延时。

1 视频压缩标准H.265（HEVC）特点介绍

（1）H.265继承了H.264高层次语法结构。

（2）H.265相比于H.264的突出特点：

①采用了编码树单元CTUs、编码树块CTBs、编码单元CUs和编码块CBs的编码结构。

一个亮度CB和两个色度CBs配合相应的句法构成了一个编码单元CU，一个编码树单元CTU至少包含一个CU，每个CU被相关地划分为预测单元PUs和变换单元TUs。CU、PU、TU的分离，使得编码、预测、变换各个处理环节更加灵活，划分更符合视频图像的纹理特征，利于各个单元更优化的完成各自的功能。

②灵活的宏块结构：采用更加灵活的宏块结构，编码单位选择范围从8×8到64×64。对于帧间编码，变换块的大小根据运动补偿块大小做自适应调整；对于帧内编码，变换块大小根据帧内预测残差进行自适应调整。比如公交车轮胎车门附近的视频帧，信息量较少的区域（颜色变化不明显）划分较大的宏块，编码所需码字较少，而细节较多的（轮胎）地方划分的宏块则是小而多，所需码字也较多，这种有重点的编码方式大大降低了整体码率，从而提高了编码效率。

③自适应采样偏移（Sample Adaptive Offset）：在去块滤波器之后引入一个非线性幅度映射，包含在图像间预测循环中。目的是通过采用一些额外参数所描述的查找表，来重构原始信号的振幅；通过对每一类图像像素增减一个偏移，减少失真，降低码流，来提高压缩率。

④并行解码语法和切片修正结构：为了提升并行处理能力和信息分包中切片的错误修正，引入了三个重要的优化思路―Tiles、WPP、Entropy slice。

Tiles：图像中划分出的矩形块称作Tile，每一个Tile包含整数个LCU（Largest Coding Unit），是图像中公用共享信息头的独立解码区域，以便提升并行处理的能力，使得Tile之间互相独立，实现并行处理。

WPP（Wavefront Parallel Processing）：当WPP被激活后，切片被分割成许多行CTU，第一行按照一般的方式处理，当第一行的前两个CTU被处理完之后，即可处理第二行、第三行等等，以此类推。因此，只需上一行的CTU编解码完毕即可进行当前行编码，提高编解码器并行处理能力。

相关片段（Dependent slice segment）：相关片段允许与波前项点或tile相关联的数据在分隔的NAL单元中处理相比于在一个切片中进行统一处理，该系统具备更低的延迟。相关切片适用于低时延编码。

2 H.265技术展望

随着H.265的发展，一些主要的编码设备商开始投入到H.265的研究中。华为是ITU-T视讯标准的主要报告人和编辑者，在2013年度MVS（全球移动通信大会）上，华为展示了业界第一套基于LTE承载的流媒体业务，通过新一代的视频压缩技术H.265和DASH流媒体技术结合，消费者可以通过无线网络体验到流畅的在线高清视频服务。

随着芯片处理技术的成熟，算法复杂性对于H.265的制约将变得越来越小，H.265编码标准解决了有限带宽资源的制约，使H.265在基于IP进行流媒体服务领域的应用奠定了良好的基础。

2013年3月30日，迅雷看看独家首发了H.265升级版客户端，用户只需升级到最新版本即可体验H.265支持下更流畅更高请的画面效果。继迅雷看看之后，PPStream的平台上也开始引入了H.265的高清视频。据市场研究机构MeFeedia公布的数据显示，自从iPad推出之后，发行的H.264标准视频比例在不到三年时间内就从10%以下攀升至84%。因此，我们有理由相信，H.265将会引领下一代视频技术的潮流。

参考文献

[1] 刘国梁.从H.264向H.265的数字视频压缩技术升级[J].铁路通信信号工程技术（RSCE），2011，8（3）.

[2] 陈清.H.265标准现状和发展应用趋势[J].中国多媒体通信，2008（10）：12-15.

[3] 李军华，黄浦林.解读下一代视频压缩标准HEVC（H.265）.华为企业业务BG U&C产品线智能真品部.

[4] 2012_12_IEEE-HEVC-Overview，Gary J. Sullivan、Jens-Rainer Ohm、Thomas Wiegand、Woo-Jin Han.