H.265高效率视频编码

目前，H.264是主流的视频编码标准。我们看到的赛事电视直播、MP4和MKV格式的电影或者点播的在线视频，都需要首先使用H.264编码器压缩成“连续的图片”，然后利用设备上的H.264解码器解码并以“视频”形式播放。2013年1月，下一代标准H.265，也称为HEVC（High Efficiency Video Coding）的标准已完成。与H.264相比，它最高可提升50%的编码效率，这意味着同样画面质量的视频仅需使用原来一半的比特率，或者说同样比特率下画面质量可提升两倍。H.265并不是全新发明的标准，它是H.264技术的改进版，其编解码需要更强的运算能力。

更好也更耗资源

实际上，视频是由一系列连续的单张图片（帧）组成的。视频编码的过程是，首先编码器将每一帧图片切割为更小的、固定大小的区块（block），然后将每个区块的色度和亮度转换为频率值，这种量化的过程也是压缩数据即删除重复数据的过程。最终，连续的图片被打包为类似ZIP的压缩文档，这是编码器的基本工作原理。鉴于连续帧之间的变化通常极小，因此MPEG标准引入了一种关键的算法——帧间预测（inter-frame prediction）。基于该算法，视频编码器会将几个相似的连续帧组成一个图像组（Group of Pictures，GOP），每个GOP的首帧会保留全部的图像频率值，其他帧则通过差值计算来获得自己的频率值。

H.264标准在帧间预测外，引入了帧内预测（intra-frame prediction）算法。H.264编码器并不编码所有区块的频率值，而是根据相邻像素的差值来计算。例如，包含一大片蓝天的画面可被大幅压缩，因为画面中相邻像素的色度及亮度值几乎完全相同。H.264的单帧压缩效率比JPEG图像高50%。编码器的目标是找出更多相似的区块，但编码效率要求越高，所需的运算能力也越高。

H.265同样采用帧间和帧内预测算法，但与H.264相比，它的编码器工作效率更高。因为H.265没有采用固定的编码区块大小设计。之前视频编码的基本编码单位——宏块（macroblock）的大小通常是16×16像素。H.265编码器选择了编码树单元（coding tree unit，CTU）的设计方案，编码器会视情况设定编码树单元的大小，包含16×16像素（适合低分辨率视频）、32×32像素和64×64像素（适合高清电影）3种尺寸。

每个编码树单元又被切割为若干编码单元（Coding Units，CU），切割方式有两种，或等分为4个子区块，或保留原始尺寸，因此编码单元的大小在8×8像素到64×64像素之间。同编码树单元一样，编码单元包含1个亮度和2个色度编码区块（Coding Blocks，CB）。编码区块还将进一步被切割为预测区块（Prediction Blocks，PB）。在细节丰富的电影中，H.265编码器复杂的细分过程，保证了其算法仍能找出足够多的相似区块，删除重复区块，从而获得较高的压缩效率。

优化编码技术

无论是H.264还是H.265，将画面切割为宏块或编码树的目的都是类似的，其中之一就是要进行动态补偿，它是帧间预测步骤中相当重要的一环。简单地说，动态补偿就是比对不同的画面，从中找出相同的部分予以删除，只记录有变动的部分，来达到节省数据流量的目的。动态补偿的实际方法也不难理解，编码器在把画面切割之后，会抓取各区块与其他帧进行比对，分析各区块中的内容是否有所变化，以及各内容移动的方向和距离。如果内容没有变化，那么该区块就可以延用其他帧中的数据，如果内容产生移动，则只需将移动的方向与距离记录为动态向量，就可以省去记录完整画面数据所需的时间。然而，H.265增加了画面切割的灵活性，需要更多的计算性能。

在解码方面，H.265支持并行处理技术。新引入的波前平行运算（wavefront parallel processing）算法将画面分割为以横行为单位的CTU群组，所有横行可同时解码。对采用1080p分辨率、64×64像素CTU的视频来说，解码器最多可以用16个线程并行计算。

目前市面上还没有免费的H.265编码器，但是主流的专业视频剪辑软件在2013年秋天的升级中就会增加对H.265编码的支持。H.265的解码器则要简单很多，新的平板电脑或智能手机只要升级系统或固件就可以支持该标准。用不了多久，高清电视也会支持H.265，因为H.264标准已经无法满足4K2K分辨率高清视频的需求。