浅析H.265编解码技术 - 安防知识网

H.265编解码技术自提出到应用，就一直是安防行业关注的焦点，利用H.265编解码技术，可以解决视频监控高清化所带来的海量存储压力和成本，也较好地提升了带宽、延时等方面的应用体验。

　　H.265技术内容

　　H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264，保留原来的某些技术，同时对一些相关的技术加以改进。

　　H.265的研发目的从命名就可以看出端倪，H.265又名HEVC(High Efficiency Video Coding，高效率视讯编码)，其最主要的用途就是要进一步降低影片所需的流量，以降低储存与传输的成本。H.265要求在最佳的编码范本(profile)中，能在维持相同PSNR的前提下，节省以H.264压缩的1080P监控视频36%左右的资料量，并且能在影像品质差不多时，将节省的幅度进一步提升到50%。

　　H.265使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置。具体的内容包括：提高压缩效率、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。

　　H.265技术亮点

　　与H.264相比，虽然H.264的算法优化，可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送，但H.265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P(分辨率1280*720)普通高清音视频传送。这是因为相对于H.264，H.265 标准的算法复杂性有了大幅提升，以此获得较好的压缩性能。H.265在很多特性上都做了较大的改进：

　　综合来说，H.265的技术亮点为：

　　灵活的编码结构

　　在H.265中，将宏块的大小从H.264的16x16扩展到了64x64，以便于高分辨率视频的压缩。

　　灵活的块结构----RQT(Residual Quad-tree Transform)

　　下图为主要SIZES上的区别：

　　RQT是一种自适应的变换技术，这种思想是对H.264/AVC中ABT(Adaptive Block-size Transform)技术的延伸和扩展。对于帧间编码来说，它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整;对于帧内编码来说，它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换，一方面能够提供更好的能量集中效果，并能在量化后保存更多的图像细节，但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此，根据当前块信号的特性，自适应的选择变换块大小，可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者最优的折中。

　　采样点自适应偏移(Sample Adaptive Offset)

　　SAO在编解码环路内，位于Deblock之后，通过对重建图像的分类，对每一类图像像素值加减一个偏移，达到减少失真的目的，从而提高压缩率，减少码流。采用SAO后，平均可以减少2%~6%的码流,而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2%。

　　自适应环路滤波(Adaptive Loop Filter)

　　ALF在编解码环路内，位于Deblock和SAO之后，用于恢复重建图像以达到重建图像与原始图像之间的均方差(MSE)最小。ALF的系数是在帧级计算和传输的，可以整帧应用ALF，也可以对于基于块或基于量化树(quadtree)的部分区域进行ALF，如果是基于部分区域的ALF，还必须传递指示区域信息的附加信息。

　　并行化设计

　　当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展，因此为了适应并行化程度非常高的芯片实现，HEVC/H.265 引入了很多并行运算的优化思路。

　　H.265技术的优化

　　目前普遍的设备厂商都是在做类似smart H.265技术。根据“大部分监控场景变化较少、背景稳定，监控观看者通常关注运动目标”的特点，将H.265压缩技术与智能分析技术相结合，通过建立背景模型和提取前景目标，对前景和背景采用不同的编码方式，从而在保证主观质量的前提下，提高编码压缩性能，明显降低码率。

　　H.265技术的延伸

　　前端采集设备和后端存储设备支持H.265是前提条件。就现阶段来说，H.265设备价格还是相较H.264还是要高一些。H.265的应用还是在一些4K或8K高清摄像机，后端使用大盘位的专用存储设备来直存，这样，可以省去一部分H.265硬盘录像机的需求，同时部署后端软件监控平台，可以直接查询和调取大盘位存储设备中的录像资料。

　　微软Windows 10操作系统中原生内置了 HEVC(高效率视频编码，或称为 H.265)支持，即可以直接通过windows10系统高效率的播放4K或8K的视频了。作为新一代视频编码技术，H.265有着前面几代编码技术，如MPEG-4、H.264等无可比拟的优势，即目前没有能够与之竞争的压缩技术，因此兼容性方面也是一个很大优势。总之，H.265将会大大促进包括高清视频在内的视频应用的快速发展。

　　H.265技术的难题

　　在监控行业，H.265已经被多家芯片方案提供商所支持，但是从实际市场来看，使用H.265的产品还是非常的少。如果已经完成的项目，更换为H.265的网络摄像机，那么相应的后端存储也需要更换为支持H.265的产品，这样的话，整体项目改造的投入过大。

　　对于的新的项目，H.265还是比较新的技术，各个安防厂家基本上还是将H.265纳入自己的高端产品线，这样新项目的整体成本也是要高于使用H.264的设备投入。

　　其实从目前整个监控行业的布局来看，更适合使用H.265的场合就是像4K/8K这样的需求。更高的清晰度，更低的带宽。使用H.265可以将原有的带宽至少降低50%，不管是网络传输，还是后端的存储空间都能够得到很大的帮助。