H.264向H.265的数字视频压缩技术升级研究

徐剑烈

H.264向H.265的数字视频压缩技术升级研究

徐剑烈

（北海边防检查站，北海 536000）

本文主要基于H.264对H.265标准技术进行了分析，明确了H.264标准升级为H.265的必然趋势，展现了未来数字压缩技术的特征。

数字视频压缩技术；H.265标准；核心技术

为了能够更好地满足现代视频需求，在近20年的时间里，国际标准化组织以及电信联盟组织纷纷针对视频编码出台了各种标准，如H.261，H.264等。其中，H.264是2003年经联合视频组开发的一种新的视频标准，主要用于进行视频实时传输。H.264以其优秀的网络适应性和视频压缩特性，受到了数字电视广播、网络视频流媒体以及视频实时通信等各应用领域的共同认可，并随之发展成为了最主要的视频压缩标准[1]。伴随着网络技术和终端的持续发展，其针对视频编码要求也表现为逐步提升，为了能够达到各项新要求，对H.264进行完善非常有必要。为了能够打破H.264现有的局限性，2010年国际标准化组织与国际电信协会等组织成立了联合组织，并就数字视频压缩技术H.264进行了升级，提出了H.265。H.265的概念是只需要耗费一半的带宽，即可获得同等质量的视频，这就意味着人们可以通过网络实现高清视频的在线播放，同时也意味着数字视频压缩技术将不断朝着高清晰发展。

1 H.265核心技术

1.1 简单灵巧的块结构RQT

RQT是一种能够自适应的变换技术，其主要源

自H.264标准中的ABT技术。就帧间编码而言，其在对相关变换块大小进行处理时，主要结合运动补偿块的大小来实现自适应的调整；而从帧内编码来看，其在对相应变换块大小适应性进行调整时，主要通过帧内预测残差的特性来实现。针对较大的块主要由较大块变换而来，其能够更好地实现对能量的集中，同时在进行量化处理之后，也能够保留更多的图像细节，但在进行量化处理之后，也会随之出现较大的振铃效应。为此，根据当前块信号特征，来合理选择变换块自适应大小。

1.2 简单灵巧的编码结构

在H.265标准中，主要是基于H.264的宏块大小来实现从16×16的扩展，从而达到64×64，根本目的是能够实现对高清数字视频宏块个数的减少，从而实现对宏块内容相关参数信息的有效减少，更利于对高分辨率视频的压缩。与此同时，为了能够更好地实现对编码效率的提升，其主要采取了较为灵活的编码结构，包括了预测单元、变换单元和编码单元。其中，预测单元主要是用于对基本单元进行预测；变换单元主要是实现对基本单元进行量化和变换；编码单元则与H.264中的宏块概念非常接近，主要用于进行编码。上述三个不同的单元之间，呈现为相互分离，这就使得预测、变换以及编码之间的处理环节更为简便和灵活，也能够确保各个单元能够做好相应的工作[2]。

1.3 自适应环路滤波

在编解码环路中，自适应环路滤波主要处于Deblock与SAO之间，能够实现对此重构图像的恢复处理，从而促使原始图像与重构图像之间存在的均方误差值能够控制到最小。在帧级传输和计算的过程中，能够在整幅帧中应用适应环路滤波，还能够结合部分块部分区域来实现自适应环路滤波。

1.4 并行化运算设计

截至目前，芯片架构在科学技术的发展下，已逐步从简单的单核发展成为当下的多核，为了能够促使芯片的并行化程度得到有效提升，H.265标准运用了大量的并行运算的改进处理方法。

（1）Entropy Slice。在Slice中Entropy Slice能够对其进行多个区域的划分，从而获得多个Entropy Slice。而获得的每一个Entropy Slice均能够实现对编解码的独立操作，从而促使编解码器的并行处理效率因此得到显著提升。

（2）Tile。能够对图像进行垂直、水平的边界划分处理，以此获得大量行与列，Tile就是这样来实现对一个矩形区域有效划分的，在每一个Tile中均能够获得一个整数的Largest Coding Unit （LCU）。而Tile与Tile之间均相对独立，从而实现并行的有效处理。

（3）Wavefront Parallel Processing（WPP）。在进行上一行第二个LCU的处理之后，就已经对当前行的第一个LCU的熵编码（CABAC）概率状态参数进行了初始化的编码处理。为此，若在这个过程中，上一行第二个LCU完成了处理，就能够对当前行实施编解码操作，并从中获得较高的并行处理能力。

表1 H.264与H.265关键性能比较

1.5 优化H.264标准中特点

H.265标准是基于H.264的基础上的，对其算法进行了复杂化处理，从而获得相应的压缩性能。在很多方面，H.265标准都作出了极大程度上的优化处理，具体优化内容见表1。

2 H.265数字视频压缩技术的应用

基于H.264标准基础上，逐渐向H.265升级是时代发展的必然趋势，而根据当前H.264数字视频压缩技术的应用情况来看，H.265未来必然有着较大的发展潜力。

截至目前，已经有大量国外的编码解码设备厂商，已经开始加强了对H.265的升级研究。而国内的厂商也在实现对H.265的快速升级。例如：PPS与迅雷看看就相继推出了用于支持H.265标准的客户端，并逐渐将其运用到移动客户端，用户能够经由平板电脑以及手机客户端即可获得由H.265所带来的便利和高清效果。但移动设备要实现对H.265标准的运用，仍然需要芯片厂商努力。相较于视频播放效果，H.265的播放清晰度更高，并且是当前播放清晰度的一倍左右。伴随着用户对视频播放体验要求的不断提升，H.265技术作为H.264标准的升级，其势必会成为未来视频网站纷纷争夺的关键点，同时也是各家占领市场的关键产品。

3 结束语

总之，随着H.264的持续发展，其升级为H.265数字视频压缩技术是信息技术和时代发展的必然趋势，其能够将视频编解码应用和理论均推向一个更高的领域，为广大用户带来更好的视频体验。

[1] 何海东，董全武，纪琳．H.265/HEVC、VP9、H.264编码算法比较及性能测试分析[J]．广播与电视技术，2014,(10):47-52

[2] 李家森．浅谈数字视频压缩技术[J]．科技资讯，2010,(15):11

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.07.005

TN919.8文献标示码：A

1672-7274（2017）07-0012-02

徐剑烈，男，汉族，1972年生，广西省北海市人，大学学历，北海边防检查站工程师，主要从事研究方向为数字通信、安防监控、网络安全。