在2010年，ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG共同立項了聯(lián)合項目HEVC(High Efficiency Video Coding)，開始研究和制定下一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，將主要目標(biāo)定義為在1080P分辨率上，相比當(dāng)前主流的視頻壓縮算法提高一倍左右的壓縮比，并提供更高分辨率的有效支持。這一標(biāo)準(zhǔn)，也被視為目前安防行業(yè)普遍應(yīng)用的H.264/AVC算法的繼任者H.265。2013年初，HEVC通過標(biāo)準(zhǔn)組織第一階段審批，正式名稱為ITU-T H.265。據(jù)悉，H.265的整個標(biāo)準(zhǔn)化程序?qū)⒃?014年左右完成，本文就H.265的性能、關(guān)鍵技術(shù)、復(fù)雜度、應(yīng)用趨勢和產(chǎn)業(yè)影響等方面進(jìn)行簡單的分析。

　　一.性能指標(biāo)

　　H.265作為新一代的視頻壓縮技術(shù)，其核心的優(yōu)勢在于相比之前的歷代標(biāo)準(zhǔn)，可以在同樣的圖像質(zhì)量下，大幅降低壓縮碼率。

　　從客觀效果提升上看，根據(jù)測試H.265在1080P分辨率下相比H.264碼率降低一半左右，并且分辨率越高優(yōu)勢越顯著。下圖是以標(biāo)準(zhǔn)測試序列Kristen and Sara(720P60)和Kimono1(1080P24)所得的結(jié)果?？梢钥闯?，720P下的碼流降低幅度約30%~40%，1080P下約40%~50%?？傮w而言，H.265相對于H.264/AVC客觀性能的提升幅度已達(dá)成目標(biāo)。

　　圖1.H.265與各壓縮標(biāo)準(zhǔn)的客觀性能比較[1 ]

　　需要指出的是，H.265的壓縮性能提升主要體現(xiàn)在高清圖像上，對于標(biāo)清及更小分辨率的圖像幅度有限。對于高清圖像，如果其紋理復(fù)雜銳利，也較有可能無法達(dá)到上述性能。

　　在主觀圖像測試方面也獲得了類似的結(jié)果，1080P下H.265在節(jié)省了約50%碼流的同時，所得的圖像質(zhì)量與H.264相當(dāng)。

　　表1.H.265與H.264的主觀效果比較[1 ]

　　二.技術(shù)特征

　　H.265與H.264所采用的基礎(chǔ)框架類似，在各個主要的技術(shù)點上都進(jìn)行改進(jìn)，尤其是引入了圖像塊自適應(yīng)四叉樹劃分，并采用一系列變尺度的圖像紋理特征自適應(yīng)編碼技術(shù)，較大幅度提升了圖像平坦區(qū)域的壓縮能力。各種先進(jìn)的技術(shù)共同作用，使新標(biāo)準(zhǔn)獲得了性能的顯著提升。

　　圖2. H.265的編碼框架[2]

　　H.265相對于H.264比較大的改進(jìn)是：

　　1)在圖像分塊以及運動補(bǔ)償、變換塊方面，支持更大尺寸和更多種類;

　　2)更靈活豐富的幀內(nèi)/幀間預(yù)測、運動矢量預(yù)測和變換模式;

　　3)增加環(huán)內(nèi)采樣自適應(yīng)濾波SAO;

　　4)提供TILE模式等技術(shù)，更好地支持并行處理。

　　這些新技術(shù)的運用，不但有效地提高壓縮性能，也為充分地考慮了設(shè)計上的可并行性，為各種處理器平臺的有效實現(xiàn)擴(kuò)展了空間。

　　三.復(fù)雜度估計

　　關(guān)于運算復(fù)雜度方面，可以從編碼和解碼、軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)兩個維度與H.264/AVC進(jìn)行比較分析。

　　軟件編碼：根據(jù)初步測試，如果希望接近或達(dá)到官方展示的壓縮效果，軟件實現(xiàn)的H.265編碼器與H.264的優(yōu)秀編碼器如x264相比，運算復(fù)雜度可能有數(shù)量級上的增加。

　　1) 其原因主要在于，H.265的性能提升很大部分通過增加較多的編碼模式達(dá)成，而從這些模式中擇優(yōu)選取，是一項非常消耗運算量的工作。不過隨著學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)界研究和應(yīng)用的深入，針對H.265更為高效的新算法不斷提出，運算的復(fù)雜度將逐漸可控。

　　2) 硬件編碼：由于H.265定義的最大圖像分塊為64x64像素，為了保存較大區(qū)域的原始圖像，意味著需要更多的片上緩沖區(qū)。面向高清應(yīng)用，對應(yīng)運動搜索范圍的增大也會產(chǎn)生相同的影響。再者，H.265在各模塊，如運動補(bǔ)償、變換量化、采樣自適應(yīng)濾波等方面的改進(jìn)，也需要更多硬件資源。并且，更復(fù)雜模式選擇算法所要求的計算代價仍然存在，只不過與軟件相比，以芯片邏輯面積的增長替代了處理器時鐘的消耗?？偟膩碚f，對于一般性能要求的硬件編碼而言，實現(xiàn)復(fù)雜度增加比軟件編碼要低一些，是H.264的三五倍左右。

　　3) 軟件解碼：由于沒有模式選擇的巨大消耗，H.265在軟件解碼方面的復(fù)雜度較為理想，可能是H.264的兩倍不到。目前國內(nèi)外不少廠商都在x86、ARM等平臺上發(fā)布了可商用的H.265解碼軟件，推動了標(biāo)準(zhǔn)的普及應(yīng)用。

　　4) 硬件解碼：從H.265已公布的Main Profile定義看，相對于H.264在硬件解碼方面的復(fù)雜度也有一定程度的增加，尤其是如果需要兼容整個Profile的全部定義，其增加的幅度可能與中等設(shè)計要求的硬件編碼接近