淺析H.265編解碼技術(shù)

　　H.265技術(shù)內容

　　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(zhù)現有的視頻編碼標準H.264，保留原來(lái)的某些技術(shù)，同時(shí)對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。

　　H.265的研發(fā)目的從命名就可以看出端倪，H.265又名HEVC(High Efficiency Video Coding，高效率視訊編碼)，其最主要的用途就是要進(jìn)一步降低影片所需的流量，以降低儲存與傳輸的成本。H.265要求在最佳的編碼范本(profile)中，能在維持相同PSNR的前提下，節省以H.264壓縮的1080P監控視頻36%左右的資料量，并且能在影像品質(zhì)差不多時(shí)，將節省的幅度進(jìn)一步提升到50%。

　　H.265使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)和算法復雜度之間的關(guān)系，達到最優(yōu)化設置。具體的內容包括：提高壓縮效率、減少實(shí)時(shí)的時(shí)延、減少信道獲取時(shí)間和隨機接入時(shí)延、降低復雜度等。

　　H.265技術(shù)亮點(diǎn)

　　與H.264相比，雖然H.264的算法優(yōu)化，可以低于1Mbps的速度實(shí)現標清數字圖像傳送，但H.265則可以實(shí)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。這是因為相對于H.264，H.265 標準的算法復雜性有了大幅提升，以此獲得較好的壓縮性能。H.265在很多特性上都做了較大的改進(jìn)：

　　綜合來(lái)說(shuō)，H.265的技術(shù)亮點(diǎn)為：

　　靈活的編碼結構

　　在H.265中，將宏塊的大小從H.264的16x16擴展到了64x64，以便于高分辨率視頻的壓縮。

　　靈活的塊結構----RQT(Residual Quad-tree Transform)

　　下圖為主要SIZES上的區別：

　　RQT是一種自適應的變換技術(shù)，這種思想是對H.264/AVC中ABT(Adaptive Block-size Transform)技術(shù)的延伸和擴展。對于幀間編碼來(lái)說(shuō)，它允許變換塊的大小根據運動(dòng)補償塊的大小進(jìn)行自適應的調整;對于幀內編碼來(lái)說(shuō)，它允許變換塊的大小根據幀內預測殘差的特性進(jìn)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(huì )帶來(lái)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(yōu)的折中。

　　采樣點(diǎn)自適應偏移(Sample Adaptive Offset)

　　SAO在編解碼環(huán)路內，位于Deblock之后，通過(guò)對重建圖像的分類(lèi)，對每一類(lèi)圖像像素值加減一個(gè)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%。

　　自適應環(huán)路濾波(Adaptive Loop Filter)

　　ALF在編解碼環(huán)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(shù)(quadtree)的部分區域進(jìn)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。

　　并行化設計

　　當前芯片架構已經(jīng)從單核性能逐漸往多核并行方向發(fā)展，因此為了適應并行化程度非常高的芯片實(shí)現，HEVC/H.265 引入了很多并行運算的優(yōu)化思路。

　　H.265技術(shù)的優(yōu)化

　　目前普遍的設備廠(chǎng)商都是在做類(lèi)似smart H.265技術(shù)。根據“大部分監控場(chǎng)景變化較少、背景穩定，監控觀(guān)看者通常關(guān)注運動(dòng)目標”的特點(diǎn)，將H.265壓縮技術(shù)與智能分析技術(shù)相結合，通過(guò)建立背景模型和提取前景目標，對前景和背景采用不同的編碼方式，從而在保證主觀(guān)質(zhì)量的前提下，提高編碼壓縮性能，明顯降低碼率。

　　H.265技術(shù)的延伸

　　前端采集設備和后端存儲設備支持H.265是前提條件。就現階段來(lái)說(shuō)，H.265設備價(jià)格還是相較H.264還是要高一些。H.265的應用還是在一些4K或8K高清攝像機，后端使用大盤(pán)位的專(zhuān)用存儲設備來(lái)直存，這樣，可以省去一部分H.265硬盤(pán)錄像機的需求，同時(shí)部署后端軟件監控平臺，可以直接查詢(xún)和調取大盤(pán)位存儲設備中的錄像資料。

　　微軟Windows 10操作系統中原生內置了 HEVC(高效率視頻編碼，或稱(chēng)為 H.265)支持，即可以直接通過(guò)windows10系統高效率的播放4K或8K的視頻了。作為新一代視頻編碼技術(shù)，H.265有著(zhù)前面幾代編碼技術(shù)，如MPEG-4、H.264等無(wú)可比擬的優(yōu)勢，即目前沒(méi)有能夠與之競爭的壓縮技術(shù)，因此兼容性方面也是一個(gè)很大優(yōu)勢?？傊?，H.265將會(huì )大大促進(jìn)包括高清視頻在內的視頻應用的快速發(fā)展。

　　H.265技術(shù)的難題

　　在監控行業(yè)，H.265已經(jīng)被多家芯片方案提供商所支持，但是從實(shí)際市場(chǎng)來(lái)看，使用H.265的產(chǎn)品還是非常的少。如果已經(jīng)完成的項目，更換為H.265的網(wǎng)絡(luò )攝像機，那么相應的后端存儲也需要更換為支持H.265的產(chǎn)品，這樣的話(huà)，整體項目改造的投入過(guò)大。

　　對于的新的項目，H.265還是比較新的技術(shù)，各個(gè)安防廠(chǎng)家基本上還是將H.265納入自己的高端產(chǎn)品線(xiàn)，這樣新項目的整體成本也是要高于使用H.264的設備投入。

　　其實(shí)從目前整個(gè)監控行業(yè)的布局來(lái)看，更適合使用H.265的場(chǎng)合就是像4K/8K這樣的需求。更高的清晰度，更低的帶寬。使用H.265可以將原有的帶寬至少降低50%，不管是網(wǎng)絡(luò )傳輸，還是后端的存儲空間都能夠得到很大的幫助。