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H.265标准的三大技术特性
周阳独家点评:H.265标准自被确认,到如今海思、安霸出核心芯片,大企业纷纷推出产品,其发展的趋势异常火热.配合着4K技术的发展,H.265编解码发展越发重要,可以预见在超高清监控的需求推动下, H.265必将成为安防领域主流编码技术.1.高压缩特性(低带宽、低存储、高画质,相比H.264节省近一半体积)2.可并行性(当前芯片架构已经从单核向同构多核并行方向发展)3.灵活的编码和块结构(便于高分辨率视频的压缩、提高编码效率)
H.265标准的三大技术特性:1、高压缩，2 、可并行，3、灵活的编码和块结构
一、H.265 标准的高压缩特性
H.265 又称为HEVC(High Efficient Video Coding，HEVC)，是国际标准化组织和国际电联组织正在联合制定的新一代视频压缩标准，主要面向高清数字电视以及视频编解码系统的应用，提供从SQICF(128X96)至4K超高清(7680×4320)不同级别的视频应用。

H.265的目标是编码效率比H.264提高50%，即在同等图像质量条件下，目标码率下降到H.264的50%。

H.265/HEVC的编码架构大致上和H.264/AVC的架构相似，也包含帧内预测、帧间预测、转换、量化、去区块滤波器、熵编码等模块。

为了提高高清视频的压缩编码效率，H.265提出了超大尺寸四叉树编码架构，并采用编码单元(Coding Unit，CU)、预测单元(Predic tUnit，PU)和转换单元(Transform Unit，TU)三个基本单元执行整个编码过程。

在此混合编码框架下，H.265进行了大量的技术创新，例如：基于大尺寸四叉树块的分割结构和残差编码结构、多角度帧内预测技术、运动估计融合技术、高精度运动补偿技术、自适应环路滤波技术以及基于语义的熵编码技术。

CU类似于H.264/AVC中的宏块。

H.264中每个宏块大小都是固定的16×16像素，而H.265的CU可以选择从最小8×8到最大64×64像素。

以图4为例，图中细节不多的区域(如车体的红色部分和地面的灰色部分)划分的CU大而少，编码后的数据较少;而细节多的地方划分的CU较小而多，编码后的数据较多，这样就对图像进行了有重点的编码，提高了编码效率。

PU是进行预测的基本单元。

H.265使用PU来实现对每一个CU单元的预测过程。

PU尺寸受限于其所属的CU，可以是例如64×64像素的方块，也可以是例如64×32像素的矩形。

还有一种新的不对称运动分割预测(Asymmetric Motion Partition，AMP)方案，即将编码单元分为两个尺寸大小不一致的预测块。

这种预测方式考虑了大尺寸可能的纹理分布，可以有效提高大尺寸块的预测效率。

H.264编码器的VCL和NAL分层结构。

其中的R F C3984协议是一个专用于传输H.264码流的实时传输协议。

H.264的编码解码流程框图
T U是进行变换和量化的基本单元。

H.265突破了原有的变换尺寸限制，可支持4×4至32×32的编码变换，以TU为基本单元进行变换和量化。

为提高大尺寸编码单元的编码效率，DCT变换同样采用四叉树型的变换结构。

　CP、PU、TU这三个单元的分离，使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活，也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征，有利于各个单元更优化的完成各自的功能。

H.265的帧间、帧内预测的基本框架与H.264基本相同：采用相邻块重构像素对当前块进行帧内预测，从相邻块的运动矢量中选择预测运动矢量，支持多参考帧预测等。

但H.265的帧内预测模式支持33种方向(H.264只支持8种)，并提供了更好的运动补偿处理和矢量预测方法。

同时，为了适应当前并行化程度非常高的芯片架构，H.265引入了很多并行运算的优化思路，以提高编码解码效率。

反复的质量比较测试已经表明，在相同的图像质量下，通过H.265编码的视频将比H.264编码的视频体积减少40%左右。

同时，在码率减少一半多的情况下，H.265编码视频的质量还能与H.264编码视频近似甚至更好。

这一结论虽然带有主观性，但也非常鼓舞人心。

目前的H. 265标准共有三种模式：Main、Main 10和Main Still Picture。

Main模式支持8bit色深(即红绿蓝三色各有256个色度，共1670万色)，Main 10模式支持10bit色深，将会用于超高清电视(UHDTV)上。

HEVC仍属于预测加变换的混合编码框架，然而其采用更加灵活的编码结构来提高编码效率，包括编码单元(Coding Unit)、预测单元(Predict Unit)和变换单元(Transform Unit)。

其中编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念，预测单元是进行预测的基本单元，变换单元是进行变换和量化的基本单元。

在此混合编码框架下，HEVC进行了大量的技术创新，其中具有代表性的技术方案有：基于大尺寸四叉树块的分割结构和残差编码结构(见图一)，多角度帧内预测技术(见图二)，运动估计融合技术，高精度运动补偿技术，自适应环路滤波技术以及基于语义的熵编码技术。

　二、H.265标准的可并行性
当前芯片架构已经从单核向同构多核并行方向发展，因此为了适应并行化程度非常高的芯片实现，
H.265引入了很多并行运算的优化思路，主要包括以下几个方面：
(1) Tile。

如图1所示，在slice划分的基础上用垂直的边界将图像划分为一些列，划分出的矩形区域为一个Tile，每一个Tile包含整数个LCU (Largest Coding Unit)，Tile之间可以互相独立，以此实现并行处理。

图1 Tile划分示意图
(2) Dependent Slice。

Dependent Slice允许在一个slice内部再切分成多个Dependent Slices，每个Dependent Slice可以独立的编码和解码，从而提高了编解码器的并行处理能力：
图2 Dependent Slice示意图
(3) WPP (Wave-front Parallel Processing)。

熵编码环节中，编码单元上下文存在依赖关系。

在
H.265中，上一行的第二个LCU处理完毕，即对当前行的第一个LCU的熵编码概率状态参数进行初始化，如图5所示。

因此，只需要上一行的第二个LCU编解码完毕，即可以开始当前行的编解码，以此提高编解码器的并行处理能力。

三、H.265标准灵活的编码和块结构
在H.265中，将宏块的大小从H.264的16×16扩展到了64×64，以便于高分辨率视频的压缩。

同时，采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率，包括编码单元(Coding Unit)、预测单元(Predict Unit)和变换单元(Transform Unit)。

其中编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念，用于编码的过程，预测单元是进行预测的基本单元，变换单元是进行变换和量化的基本单元。

这三个单元的分离，使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活，也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征，有利于各个单元更优化的完成各自的功能。

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 Tr ansform)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。

来源：中国安防行业网
H.265和4K ，2015年行业发展的关键点
在过去的2014年，众多4K安防产品让人耳目一新，这些也都标志着安防也即将迈入超高清时代。

那么，4K技术究竟有哪些特性?又会为安防行业带来怎样改变呢?下面，"千家安防网"变针对上述问题为大家进行详细的讲解。

什么是4K?
最早的4K应用，主要体现在电影后期制作阶段--数字中间片的运作中。

它首先用胶片扫描仪将35mm摄影机拍摄的胶片底片扫描成数字图像文件，在将胶片转化成数字图像
的过程中，为了最完整地还原胶片拍摄效果，采用了分辨率为(总像素超过800万)的图像文件。

由于其水平分辨率为4096像素，是1080P的4倍，故而被简称为4K。

之后4K概念被推广并引入了电视行业，被电视厂商迅速接受，但标准细节却略有不同。

在已发布的4K电视样机当中，一小部分采用了4096×2160的分辨率，其它的则采用了16∶9宽屏画面的3840×2160分辨率。

那么，对于安防业界来说，4K的出现又意味着什么呢?首先可以肯定的是，用户对于清晰度的要求是无止限的，这从图像技术从标清升级到高清的过程中可以看出。

而4K高清带来最大最直观的核心价值就是图像更加清晰，细节更加丰富，从而可以创造出更多的客户需求。

对于安防厂商来说，就意味着更多的市场机会，挖掘出一个新的营收或是利润的增长点。

其次，分辨率的提升使得视频监控区域变得更广，也使监控人员能够提高对环境的观察能力，确保监控领域画面无所遗漏。

有了这些优势，在特定的区域内，使用更少数量的摄像机就能够胜任安防监控全部任务，即可节约投资成本，又可让可视化管理更高效、联动响应更及时、安全系统更有保障。

尤其在交通领域，4K摄像机的应用需求则更加强烈。

当随机事件发生，各个业务部门可以用同一台4K摄像机在同一幅图像中找到各自感兴趣的点，经过多级放大后，仍能得到高清的细节画面。

因此，如果利用4K摄像机，就可以在不改变摄像机数量、焦距、角度的条件下，进行全天候、全场景下的监控。

H.265和4K
而对于4K这样的超高清来说，网络传输面临的最大限制就是带宽。

目前主流的
H.264压缩技术在高清视频监控应用中，也呈现出越来越多的局限性。

带宽、存储、网络和系统建设成本等成为制约行业快速向全面超高清化发展的天花板。

为了解决这一问题，H.265应用而生。

H.265是ITU-TVCEG继H.264之后所制定的新的视频编码标准，仍属于预测加变换的混合编码框架。

然而其采用更加灵活的编码结构来提高编码效率，包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。

在此混合编码框架下，H.265进行了大量的技术创新，其中具有代表性的技术方案有：基于大尺寸四叉树块的分割结构和残差编码结构、多角度帧内预测技术、运动估计融合技术、高精度运动补偿技术、自适应环路滤波技术以及基于语义的熵编码技术等。

和H.264相比，H.265的编码效率要比前者提高50%，即在同等图像质量条件下，目标码率下降到H.264的50%左右。

可以说，H.265编码技术所具有的低带宽、低存储等特性开创了视频监控领域的又一个新的里程碑，也让4K超高清在安防监控领域的普及成为了可能。

然而，这种仅需原来一半带宽即可播放相同质量视频的高效率是显而易见的，但是其付出的代价就在于需要拥有非常高的计算能力来进行解码。

目前行业内各个编解码芯片厂家也在逐步推出基于H.265算法的产品，但居高不下的成本也在一定程度上限制了H.265的普及。

4K技术在安防监控领域的发展
随着，4K超高清技术的普及，基于H.265和4K技术的产品和解决方案已经成为了
安防视频监控企业下一个必争之地，各大厂商纷纷推出了基于H.265和基于4K的相关产品。

尤其是在近年的行业展会中我们可以看到，800万像素或者更高像素的监控摄像机几乎成了各大安防厂商主要展示内容。

其实，早在20134K安防摄像机;显示方面，深圳市雅迅达液晶显示设备有限公司推出了84寸4K超高清液晶监视器;Aptina也推出首款1英寸4K(3840x2160像素)图像传感器AR1011HS……
作为领先的安防产品及行业解决方案提供商之一，海康威视在去年举行的"4K·改变视界的力量"百城巡展活动中，向行业展示了"4K"监控所带来的价值，并发布了一系列高清、智能产品和行业应用方案。

科达4K高清NVR
同年8月份，苏州科达科技股份有限公司也发布业界首款4K高清NVR--NVR2881，除4K性能之外，这款NVR产品还在录像智能应用、高清实时回放、全景拼接以及存储安全等方面取得了令人瞩目的新成就。

值得一提的是，作为4K技术的主导者，索尼公司最近宣布将推出全新4K视频安防摄像机SNC-VM772R。

据悉，这款摄像机具备强大的4K分辨率与1.0型背照式ExmorRCMOS成像器，具有极高的低照度，同时配合带宽优化及智能的场景捕捉等功能，可高效适用于城市、运输、铁路、机场等安防监控领域。

索尼近期推出的安防摄像机新品
结语：从目前的发展来看，虽然目前4K监控产品线还存在采集、编码、传输、存储及解码显示等多个方面的限制和配合程度的问题，但是随着各种4K设备的推陈出新，H.265技术的发展，想必超高清将在未来的安防领域有着广阔的应用前景。

安防行业高清化以及高清产品分辨率的不断提升是安防行业的必然趋势。

4K技术与安防的结合，无疑是将高清化深度发展的必然结果。

对于4K技术，尽管目前在安防行业应用中存在技术和成本方面的瓶颈，但这并不影响它的应用和发展。

我们认为，目前4K 产品在安防中处于高端产品的地位，随着HEVC芯片的推出和普及，以及整个4K产业链
的不断完善，有理由相信，在未来的几年内，4K产品带来的细致入微的超清晰监控效果，将会引领视频监控市场进一步步入高清、超高清时代。