視頻編碼技術(shù)是監(jiān)控行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，編碼技術(shù)的變革和發(fā)展決定了行業(yè)的發(fā)展方向。2013年發(fā)布的H.265標(biāo)準(zhǔn)是最新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.265標(biāo)準(zhǔn)在壓縮性能上比H.264提高了一倍左右，是監(jiān)控行業(yè)最新的核心主流編碼技術(shù)，極大的推動(dòng)了行業(yè)的進(jìn)步。

　　一、H.265技術(shù)簡介

　　H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時(shí)對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)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(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。具體的研究內(nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時(shí)的時(shí)延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入時(shí)延、降低復(fù)雜度等。H.264由于算法優(yōu)化，可以以低于1Mbps的速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送;H.265則可以實(shí)現(xiàn)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(shù)方面，H.265仍然采用標(biāo)準(zhǔn)的基于塊的混合編碼框架，但是每個(gè)技術(shù)模塊相對H.264都有提升和改進(jìn)?；趬K的混合編碼框架包括幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、變換編碼以及熵編碼技術(shù)，該框架成為了后續(xù)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

　　二、H.265的優(yōu)勢

　　作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.265仍然屬于預(yù)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(shù)優(yōu)勢有：

　　1、靈活的編碼結(jié)構(gòu)

　　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(kuò)展到了64×64，以便于高分辨率視頻的壓縮。同時(shí)，采用了更加靈活的編碼結(jié)構(gòu)來提高編碼效率，包括編碼單元(Coding Unit)、預(yù)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(xiàn)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(yù)測單元是進(jìn)行預(yù)測的基本單元，變換單元是進(jìn)行變換和量化的基本單元。這三個(gè)單元的分離，使得變換、預(yù)測和編碼各個(gè)處理環(huán)節(jié)更加靈活，也有利于各環(huán)節(jié)的劃分更加符合視頻圖像的紋理特征，有利于各個(gè)單元更優(yōu)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(jié)構(gòu)——RQT(ResidualQuad-tree Transform)

　　RQT是一種自適應(yīng)的變換技術(shù)，這種思想是對H.264中ABT(Adaptive Block-size Transform)技術(shù)的延伸和擴(kuò)展。在幀內(nèi)預(yù)測模塊中，H.265進(jìn)一步豐富預(yù)測模式，將H.264原來最多9種方向預(yù)測擴(kuò)展到35種;在幀間預(yù)測模塊，H.265改進(jìn)了亞像素插值技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測技術(shù);熵編碼模塊中，H.265拋棄了性能較低的CAVLC技術(shù)，只采用CABAC技術(shù)。對于幀間編碼來說，它允許變換塊的大小根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊的大小進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整;對于幀內(nèi)編碼來說，它允許變換塊的大小根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測殘差的特性進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)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(xì)節(jié)，但是另一方面在量化后卻會(huì)帶來更多的振鈴效應(yīng)。因此，根據(jù)當(dāng)前塊信號的特性，自適應(yīng)的選擇變換塊大小，可以得到能量集中、細(xì)節(jié)保留程度以及圖像的振鈴效應(yīng)三者最優(yōu)的折中。

　　3、采樣點(diǎn)自適應(yīng)偏移(SampleAdaptive Offset)

　　SAO在編解碼環(huán)路內(nèi)，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(gè)偏移，達(dá)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(yīng)環(huán)路濾波(AdaptiveLoop Filter)

　　ALF在編解碼環(huán)路內(nèi)，位于Deblock和SAO之后，用于恢復(fù)重建圖像以達(dá)到重建圖像與原始圖像之間的均方差(MSE)最小。ALF的系數(shù)是在幀級計(jì)算和傳輸?shù)?，可以整幀?yīng)用ALF，也可以對于基于塊或基于量化樹(quadtree)的部分區(qū)域進(jìn)行ALF，如果是基于部分區(qū)域的ALF，還必須傳遞指示區(qū)域信息的附加信息。

　　5、并行化設(shè)計(jì)

　　當(dāng)前芯片架構(gòu)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(yīng)并行化程度非常高的芯片實(shí)現(xiàn)，H.265引入了很多并行運(yùn)算的優(yōu)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(qū)域?yàn)橐粋€(gè)Tile，每一個(gè)Tile包含整數(shù)個(gè)LCU(Largest Coding Unit)，Tile之間可以互相獨(dú)立，以此實(shí)現(xiàn)并行處理。除了模塊性能改進(jìn)，H.265標(biāo)準(zhǔn)在制定時(shí)考慮到多核化、并行化的趨勢，在標(biāo)準(zhǔn)中增加了并行處理技術(shù)WPP、Tile。WPP能夠讓H.265的編碼、解碼按圖像行并行，而Tile技術(shù)則按照圖像分塊并行。WPP和Tile都是可選配置，并不是在每個(gè)碼流中都支持，而且兩者只能開啟一個(gè)。

　　三、H.265技術(shù)在監(jiān)控產(chǎn)品上的發(fā)展趨勢

　　1、H.265和高清化的結(jié)合

　　今天的視頻監(jiān)控領(lǐng)域面臨著多方面的挑戰(zhàn)和技術(shù)難題。隨著攝像機(jī)分辨率的不斷增加，出現(xiàn)了更大的百萬級像素、全景鷹眼攝像機(jī)、甚至是千萬級像素，比如：8MP、12MP。同時(shí)隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程的視頻預(yù)覽觀看成為了主流的需求，遠(yuǎn)程觀看這樣的大分辨率視頻而帶來了巨大的網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力，同時(shí)超高清分辨率的監(jiān)控視頻存儲(chǔ)也加大了存儲(chǔ)壓力。這幾個(gè)方面的困境已無法通過H.264進(jìn)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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，2Mbps的H.265的碼流解碼效果和4Mbps的H.264圖像效果相當(dāng)。相比H.264，對視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案實(shí)施和工程建設(shè)來說，能夠節(jié)省許多預(yù)算開支。

　　2、H.265和智能算法的結(jié)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(jī)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(jù)對視頻圖像場景的理解，有效的剔除時(shí)間冗余、空間冗余、概率冗余等，在保留信息的前提下，達(dá)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(jié)合使用，更能進(jìn)一步降低碼率，提升圖像質(zhì)量。目前H.265還在標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和推廣階段，智能化算法的優(yōu)化是推動(dòng)H.265技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和突破的助力。

　　3、H.265和4K的結(jié)合

　　H.264讓1080p風(fēng)暴席卷了全球，但卻再也無力引領(lǐng)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?fù)?dān)，就落在H.264的繼任者——H.265身上了。4K技術(shù)是視頻領(lǐng)域的一個(gè)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(yàn)，但對于視頻編碼處理來說4K是一個(gè)巨大的壓力和挑戰(zhàn)，但H.265以其超高的視頻壓縮率和智能化實(shí)現(xiàn)了和4K的完美結(jié)合，更為寬廣的宏塊和并行處理速度呈現(xiàn)了纖毫畢現(xiàn)的細(xì)膩畫質(zhì)，豐富絕倫的圖像細(xì)節(jié)，流暢自然的播放效果。高清和智能實(shí)際是需求與被需求的關(guān)系，高清產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)需要智能協(xié)助處理，智能分析需要清晰的、高質(zhì)量的圖像支撐。清晰度的提升，意味著圖像細(xì)節(jié)更豐富，同時(shí)也更意味著取證、調(diào)查、分析的數(shù)據(jù)更可靠。

　　針對這樣的行業(yè)發(fā)展趨勢，主流的安防行業(yè)廠商都加快了H.265技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品的推出，天地偉業(yè)基于H.265技術(shù)推出了攝像機(jī)、硬盤錄像及及解碼拼控云主機(jī)等一系列全方案覆蓋的監(jiān)控產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)H.265編碼的采、傳、存、顯、控一體化。H.265的超星光攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)的全彩監(jiān)控，并且在超高畫質(zhì)的同時(shí)降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬;基于H.265編解碼技術(shù)開發(fā)的硬盤錄像機(jī)相比H.264編碼壓縮了一倍的碼率，大大降低了存儲(chǔ)壓力和帶寬壓力，提高硬盤的使用時(shí)間，降低了客戶實(shí)際的使用成本;H.265的解碼拼控云主機(jī)更是引領(lǐng)解碼器的發(fā)展潮流，超高清的4K輸出，可以實(shí)現(xiàn)無極縮放和開窗漫游，并且可以進(jìn)行大屏的級聯(lián)拼控，最多可達(dá)96屏輸出，同時(shí)支持小間距屏的拼接輸出，可以滿足大型展示、監(jiān)控終端的解碼上墻需求，是H.265家族的明星產(chǎn)品。

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