H.265高效率視頻編碼

目前，H.264是主流的視頻編碼標準。我們看到的賽事電視直播、MP4和MKV格式的電影或者點播的在線視頻，都需要首先使用H.264編碼器壓縮成“連續的圖片”，然后利用設備上的H.264解碼器解碼并以“視頻”形式播放。2013年1月，下一代標準H.265，也稱為HEVC（High Efficiency Video Coding）的標準已完成。與H.264相比，它最高可提升50%的編碼效率，這意味著同樣畫面質量的視頻僅需使用原來一半的比特率，或者說同樣比特率下畫面質量可提升兩倍。H.265并不是全新發明的標準，它是H.264技術的改進版，其編解碼需要更強的運算能力。

更好也更耗資源

實際上，視頻是由一系列連續的單張圖片（幀）組成的。視頻編碼的過程是，首先編碼器將每一幀圖片切割為更小的、固定大小的區塊（block），然后將每個區塊的色度和亮度轉換為頻率值，這種量化的過程也是壓縮數據即刪除重復數據的過程。最終，連續的圖片被打包為類似ZIP的壓縮文檔，這是編碼器的基本工作原理。鑒于連續幀之間的變化通常極小，因此MPEG標準引入了一種關鍵的算法——幀間預測（inter-frame prediction）。基于該算法，視頻編碼器會將幾個相似的連續幀組成一個圖像組（Group of Pictures，GOP），每個GOP的首幀會保留全部的圖像頻率值，其他幀則通過差值計算來獲得自己的頻率值。

H.264標準在幀間預測外，引入了幀內預測（intra-frame prediction）算法。H.264編碼器并不編碼所有區塊的頻率值，而是根據相鄰像素的差值來計算。例如，包含一大片藍天的畫面可被大幅壓縮，因為畫面中相鄰像素的色度及亮度值幾乎完全相同。H.264的單幀壓縮效率比JPEG圖像高50%。編碼器的目標是找出更多相似的區塊，但編碼效率要求越高，所需的運算能力也越高。

H.265同樣采用幀間和幀內預測算法，但與H.264相比，它的編碼器工作效率更高。因為H.265沒有采用固定的編碼區塊大小設計。之前視頻編碼的基本編碼單位——宏塊（macroblock）的大小通常是16×16像素。H.265編碼器選擇了編碼樹單元（coding tree unit，CTU）的設計方案，編碼器會視情況設定編碼樹單元的大小，包含16×16像素（適合低分辨率視頻）、32×32像素和64×64像素（適合高清電影）3種尺寸。

每個編碼樹單元又被切割為若干編碼單元（Coding Units，CU），切割方式有兩種，或等分為4個子區塊，或保留原始尺寸，因此編碼單元的大小在8×8像素到64×64像素之間。同編碼樹單元一樣，編碼單元包含1個亮度和2個色度編碼區塊（Coding Blocks，CB）。編碼區塊還將進一步被切割為預測區塊（Prediction Blocks，PB）。在細節豐富的電影中，H.265編碼器復雜的細分過程，保證了其算法仍能找出足夠多的相似區塊，刪除重復區塊，從而獲得較高的壓縮效率。

優化編碼技術

無論是H.264還是H.265，將畫面切割為宏塊或編碼樹的目的都是類似的，其中之一就是要進行動態補償，它是幀間預測步驟中相當重要的一環。簡單地說，動態補償就是比對不同的畫面，從中找出相同的部分予以刪除，只記錄有變動的部分，來達到節省數據流量的目的。動態補償的實際方法也不難理解，編碼器在把畫面切割之后，會抓取各區塊與其他幀進行比對，分析各區塊中的內容是否有所變化，以及各內容移動的方向和距離。如果內容沒有變化，那么該區塊就可以延用其他幀中的數據，如果內容產生移動，則只需將移動的方向與距離記錄為動態向量，就可以省去記錄完整畫面數據所需的時間。然而，H.265增加了畫面切割的靈活性，需要更多的計算性能。

在解碼方面，H.265支持并行處理技術。新引入的波前平行運算（wavefront parallel processing）算法將畫面分割為以橫行為單位的CTU群組，所有橫行可同時解碼。對采用1080p分辨率、64×64像素CTU的視頻來說，解碼器最多可以用16個線程并行計算。

目前市面上還沒有免費的H.265編碼器，但是主流的專業視頻剪輯軟件在2013年秋天的升級中就會增加對H.265編碼的支持。H.265的解碼器則要簡單很多，新的平板電腦或智能手機只要升級系統或固件就可以支持該標準。用不了多久，高清電視也會支持H.265，因為H.264標準已經無法滿足4K2K分辨率高清視頻的需求。