H.265

2012年8月，愛立信公司推出了首款H.265編解碼器，而在僅僅六個月之後，國際電聯（ITU）就正式批准通過了HEVC/H.265標準，標準全稱為高效視頻編碼（High Efficiency Video Coding），相較於之前的H.264標準有了相當大的改善。

H.265旨在在有限帶寬下傳輸更高質量的網絡視頻，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質量的視頻。這也意味着，我們的智能手機、平板機等移動設備將能夠直接在線播放1080p的全高清視頻。H.265標準也同時支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清視頻。可以説，H.265標準讓網絡視頻跟上了顯示屏“高分辨率化”的腳步。

可能在幾個月內，你就能看到支持H.265解碼的設備上市了（如智能手機、顯卡等）。H.264統治了過去的五年，而未來的五年甚至十年，H.265很可能將會成為主流。 ^[1] 

H.263可以2~4Mbps的傳輸速度實現標準清晰度廣播級數字電視（符合CCIR601、CCIR656標準要求的720*576）；而H.264由於算法優化，可以低於2Mbps的速度實現標清數字圖像傳送；H.265 High Profile可實現低於1.5Mbps的傳輸帶寬下，實現1080p全高清視頻傳輸。

除了在編解碼效率上的提升外，在對網絡的適應性方面H.265也有顯著提升，可很好運行在Internet等複雜網絡條件下。

在運動預測方面，下一代算法將不再沿襲“宏塊”的畫面分割方法，而可能採用面向對象的方法，直接辨別畫面中的運動主體。在變換方面，下一代算法可能不再沿襲基於傅立葉變換的算法族，有很多文章在討論，其中提請大家注意所謂的“超完備變換”，主要特點是：其MxN的變換矩陣中，M大於N，甚至遠大於N，變換後得到的向量雖然比較大，但其中的0元素很多，經過後面的熵編碼壓縮後，就能得到壓縮率較高的信息流。

關於運算量，H.264的壓縮效率比MPEG-2提高了1倍多，其代價是計算量提高了至少4倍，導致高清編碼需要100GOPS的峯值計算能力。儘管如此，仍有可能使用2013年的主流IC工藝和普通設計技術，設計出達到上述能力的專用硬件電路，且使其批量生產成本維持在原有水平。5年（或許更久）以後，新的技術被接受為標準，其壓縮效率應該比H.264至少提高1倍，估計對於計算量的需求仍然會增加4倍以上。隨着半導體技術的快速進步，相信屆時實現新技術的專用芯片的批量生產成本應該不會有顯著提高。因此，500GOPS，或許是新一代技術對於計算能力的需求上限。

H.265/HEVC的編碼架構大致上和H.264/AVC的架構相似，主要也包含，幀內預測（intra prediction）、幀間預測（inter prediction）、轉換（transform）、量化（quantization）、去區塊濾波器（deblocking filter）、熵編碼（entropy coding）等模塊，但在HEVC編碼架構中，整體被分為了三個基本單位，分別是編碼單位（coding unit, CU）、預測單位（predict unit, PU）和轉換單位（transform unit, TU）。

比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來説，H.264中每個宏塊（macroblock/MB）大小都是固定的16x16像素，而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。

以該圖為例，信息量不多的區域（顏色變化不明顯，比如車體的紅色部分和地面的灰色部分）劃分的宏塊較大，編碼後的碼字較少，而細節多的地方（輪胎）劃分的宏塊就相應的小和多一些，編碼後的碼字較多，這樣就相當於對圖像進行了有重點的編碼，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應提高了。

同時，H.265的幀內預測模式支持33種方向（H.264只支持8種），並且提供了更好的運動補償處理和矢量預測方法。

反覆的質量比較測試已經表明，在相同的圖象質量下，相比於H.264，通過H.265編碼的視頻大小將減少大約39-44%。由於質量控制的測定方法不同，這個數據也會有相應的變化。

通過主觀視覺測試得出的數據顯示，在碼率減少51-74%的情況下，H.265編碼視頻的質量還能與H.264編碼視頻近似甚至更好，其本質上説是比預期的信噪比（PSNR）要好。

這些主觀視覺測試的評判標準覆蓋了許多學科，包括心理學和人眼視覺特性等，視頻樣本非常廣泛，雖然它們不能作為最終結論，但這也是非常鼓舞人心的結果。

H.264與H.265編碼視頻的主觀視覺測試對比，我們可以看到後者的碼率比前者大大減少了。

截止2013年的HEVC標準共有三種模式：Main、Main 10、Main Still Picture。Main模式支持8bit色深（即紅綠藍三色各有256個色度，共1670萬色），Main 10模式支持10bit色深，將會用於超高清電視（UHDTV）上。前兩者都將色度採樣格式限制為4:2:0。預期將在2014年對標準有所擴展，將會支持4:2:2和4:4:4採樣格式（即提供了更高的色彩還原度），和多視圖編碼（例如3D立體視頻編碼）。

事實上，H.265和H.264標準在各種功能上有一些重疊。例如，H.264標準中的Hi10P部分就支持10bit色深的視頻；另一個H.264的部分（Hi444PP）還可以支持4:4:4色度抽樣和14bit色深。在這種情況下，H.265和H.264的區別就體現在前者可以使用更少的帶寬來提供同樣的功能，其代價就是設備計算能力：H.265編碼的視頻需要更多的計算能力來解碼。

已經有支持H.265解碼的芯片發佈了——博通公司在2013年1月初的CES大展上發佈了一款Brahma BCM7445芯片，它是一個採用28納米工藝的四核處理器，可以同時轉碼四個1080P視頻數據流，或解析分辨率為4096×2160的H.265編碼超高清視頻。

截止2013年，有線電視和數字電視廣播主要採用仍舊是MPEG-2標準。好消息是，H.265標準的出台最終可以説服廣播電視公司放棄垂垂老矣的MPEG-2，因為同樣的內容，H.265可以減少70-80%的帶寬消耗。這就可以在現有帶寬條件下輕鬆支持全高清1080p廣播。但是另一方面，電視廣播公司又很少有想要創新的理由，因為大多數有線電視公司在他們的目標市場中面臨的競爭實在是有限。出於節省帶寬的目的，反而是衞星電視公司可能將會率先採用H.265標準。

從長遠角度看，H.265標準將會成為超高清電視（UHDTV）的4K和8K分辨率的選擇，但這也會帶來其它問題，比如2013年還極少有原生4K分辨率的視頻內容。H.265標準的完成意味着內容擁有者在2013年已經有了一個對應的理論標準，但是他們在2013年還沒有一個統一的方式來傳送內容。

標清（SD）、高清（HD）和4K分辨率超高清（UHD）視頻大小對比圖

藍光光盤協會（The Blu-ray Disc Association）正在研究在藍光光盤標準中支持4K分辨率視頻的方法，但是這可沒那麼簡單。理論上H.264在擴展後就可以擁有這個功能，但是到那時碼率問題又會浮出水面。一個H.264編碼的4K藍光電影需要的存儲空間遠大於相同內容的H.265版本，其大小可高達100G以上，而現有的播放器也不支持100-128GB的高容量可刻錄可擦寫光盤（BDXL）。

到目前為止，仍然沒有一個妥善解決方案，可以將4K分辨率視頻加入已有的藍光標準中並且不破壞其兼容性。雖然更新到H.265標準並不需要對光盤製造工藝進行改進，但卻需要製造全新的播放器才能將新的藍光光盤播放出來，雖然截止2013年的有些播放器可以播放高密度光盤，但那也需要進行設備檢查升級才行。

另一個大問題就是遊戲主機對H.265標準的支持。索尼的PS2和PS3主機推動了DVD和藍光標準的發展，而即將發佈的PS4理論上很可能將支持4K分辨率的內容，但4K分辨率的視頻該怎樣傳送，通過哪些標準進行支持？這仍然還在討論中。

目前看來，對於H.265/HEVC標準，我們仍需持謹慎樂觀態度。但有一點是肯定的：H.265標準在同等的內容質量上會顯著減少帶寬消耗，有了H.265，高清1080P電視廣播和4K視頻的網絡播放將不再困難，但前提是索尼或者其它媒體巨頭能想出辦法來傳送這些內容。同時，如果移動設備要採用H.265標準，那麼其在解碼視頻時對電量的高消耗也是各大廠商需要解決的問題。 ^[1]