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目錄
1. H.264與H.265的主要差異
2，壓縮性能比較
3. 各模塊技術差異彙總
4. 塊劃分結構
5. 幀內預測模式
6. 幀間預測
7. 去塊濾波
8. 採樣點自適應偏移（Sample AdaptiveOffset）濾波
9. Tile
10. WPP
11. Dependentslice
12. 其他相關技術
H.265 High Efficiency Video Coding
技術特點
預測塊大小
內部色深的增加
並行處理工具（Parallel processing tools）
熵編碼（Entropy coding）
幀內預測（intra prediction）
運動補償(Motion compensation)
運動矢量預測Motion vector prediction
反量化（Inverse transforms）
環路濾波器
解塊濾波器
樣本自適應偏移量
編碼效率 coding efficiency
1,同樣的畫質和同樣的碼率，H.265比H2.64 佔用的存儲空間要少理論50%。
2,如果存儲空間一樣大，那麼意味着，在一樣的碼率下H.265會比H2.64 畫質要高一些理論值是30%~40%
比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來說， 最小的8x8到最大的64x64。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編碼的視頻碼流大小比H.264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，其本質上說是比預期的信噪比(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，雖然它們不能作爲最終結論，但這也是非常鼓舞人心的結果。
目前的HEVC標準共有三種模式：Main、Main10和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)，Main10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爲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14比特色深。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。目前已經有支持H.265解碼的芯片發佈了——美國博通公司(Broadcom)在今年1月初的CES大展上發佈了一款Brahma BCM 7445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爲4096×2160的H.265編碼超高清視頻
H.265標準的誕生是在有限帶寬下傳輸更高質量的網絡視頻。對於大多數專業人士來說，H.265編碼標準並不陌生，其是ITU-TVCEG繼H.264之後所制定的視頻編碼標準。H.265標準主要是圍繞着現有的視頻編碼標準H.264，在保留了原有的某些技術外，增加了能夠改善碼流、編碼質量、延時及算法複雜度之間的關係等相關的技術。H.265研究的主要內容包括，提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低複雜度。
1. H.264與H.265的主要差異
CU (CodingUnit)、PU(PredictionUnit)和TU(TransformUnit
2，壓縮性能比較
3. 各模塊技術差異彙總
4. 塊劃分結構
在H.265中，將宏塊的大小從H.264的16×16擴展到了64×64，以便於高分辨率視頻的壓縮。同時，採用了更加靈活的編碼結構來提高編碼效率，包括編碼單元（CodingUnit）、預測單元（PredictUnit）和變換單元（TransformUnit）。
其中:
編碼單元CU類似於H.264/AVC中的宏塊的概念，用於編碼的過程。
預測單元PU是進行預測的基本單元，
變換單元TU是進行變換和量化的基本單元。
這三個單元的分離，使得變換、預測和編碼各個處理環節更加靈活，也有利於各環節的劃分更加符合視頻圖像的紋理特徵，有利於各個單元更優化的完成各自的功能。
RQT是一種自適應的變換技術，這種思想是對H.264/AVC中ABT（AdaptiveBlock-size Transform）技術的延伸和擴展。
對於幀間編碼來說，它允許變換塊的大小根據運動補償塊的大小進行自適應的調整；
對於幀內編碼來說，它允許變換塊的大小根據幀內預測殘差的特性進行自適應的調整。
大塊的變換相對於小塊的變換，一方面能夠提供更好的能量集中效果，並能在量化後保存更多的圖像細節，但是另一方面在量化後卻會帶來更多的振鈴效應。
因此，根據當前塊信號的特性，自適應的選擇變換塊大小，如下圖所示，可以得到能量集中、細節保留程度以及圖像的振鈴效應三者最優的折中。
Fig. 靈活的塊結構示意圖
5. 幀內預測模式
6. 幀間預測
7. 去塊濾波
本質上H.265的去塊濾波與H.264的去塊濾波及流程是一致的，做了如下最顯著的改變：
Ø 濾波邊界： H.264最小到4x4邊界濾波；而H.265適應最新的CU、PU和TU劃分結構的濾波邊緣，最小濾波邊界爲8x8，
Ø 濾波順序：H264先宏塊內採用垂直邊界，再當前宏塊內水平邊界；而H.265先整幀的垂直邊界，再整幀的水平邊界
ALF在編解碼環路內，位於Deblock和SAO之後，用於恢復重建圖像以達到重建圖像與原始圖像之間的均方差（MSE）最小。
ALF的係數是在幀級計算和傳輸的，可以整幀應用ALF，也可以對於基於塊或基於量化樹（quadtree）的部分區域進行ALF，如果是基於部分區域的ALF，還必須傳遞指示區域信息的附加信息。
8. 採樣點自適應偏移（Sample AdaptiveOffset）濾波
SAO在編解碼環路內，位於Deblock之後，通過對重建圖像的分類，對每一類圖像像素值加減一個偏移，達到減少失真的目的，從而提高壓縮率，減少碼流。
採用SAO後，平均可以減少2%~6%的碼流,而編碼器和解碼器的性能消耗僅僅增加了約2%。
9. Tile
10. WPP
11. Dependentslice
12. 其他相關技術
Ø Transform_skip模式：transform_skip_flag，該模式不進行變換，但是要進行量化，該模式對文本桌面視頻有較好效果
Ø 內部比特深度增加：爲了保證中間預測、變換以及量化過程中的內部比特精度，以達到更好的壓縮性能
H.265 High Efficiency Video Coding
H.265是ITU-T VCEG繼H.264之後所制定的高壓縮率的視頻壓縮格式。H.265視頻格式標準在2013年1月25日由國際電信聯盟（ITU）正式宣佈,最高分辨率可達 8192×4320。 NGVC想要將比特率減少了50％，同時主要圖像質量和計算複雜性與H.264相比，計算複雜度從提升到3倍。HEVC面向下一代HDTV設計，特性如幀掃描(progressive scanned)、支持採樣率到 4320p (8192×4320)，增強的動態範圍調整和噪聲抑制等。
圖2. H.265編碼流程圖
技術特點
二維不可分離的自適應插補濾波器
可分離的 AIF
定向的AIF
不再使用運動補償與1/8-pel運動矢量
Supermacroblock結構到64x64轉換（H.264僅到32x32）
自適應預測誤差編碼組織（APEC）
自適應量化矩陣選擇（AQMS）
運動矢量選擇與編碼的競爭方式
針對內部編碼的模塊相依的KLT
預測塊大小
HEVC將之前標準中定義的宏塊(macroblocks)用一種最大到64x64像素的並且可以進一步細分成可變大小的塊。HEVC把編碼樹單元（coding tree units (CTUs)）變成亮度和色度的編碼塊（coding tree blocks (CTBs)）。一個CTB可以大小爲64x64、32x32或者16x16.這樣幀內（intra-picture）和幀間（inter-picture）的預測塊(prediction units，PU)大小從64x64到4x4大小，只是對於雙向預測，只能到8x4到4x8大小。預測殘差編碼的變換塊大小可以是32x32、16x16、8x8、4x4.
內部色深的增加
內部色深增加（Internal bit depth increase (IBDI)）可以讓編碼器運行在色寬更高的內部狀態。IBDI最多可以作用於14-bit位寬。
並行處理工具（Parallel processing tools）
可以把圖像分成獨立編解碼的矩形塊和條帶，即條帶slice和tile瓷片的概念。條帶大部分可以單獨解碼，只是最終需要同步成一個視頻流。條帶可以編碼成條帶間沒有預測，互相獨立。當然條帶間可能還是需要環路濾波的。
熵編碼（Entropy coding）
HEVC採用基於上下文自適應的熵編碼算法（context-adaptive binary arithmetic coding (CABAC)），和H.264類似。只不過HEVC只支持CABAC編碼。
幀內預測（intra prediction）
HEVC的幀內預測有33個方向模式，而h.264中只有8個，HEVC還指定了planar和DC幀內預測模式。
運動補償(Motion compensation)
HEVC採用半像素或者1/4像素的精度運動補償，以及7抽頭或者8抽頭的濾波器。H.264使用半像素精度和6抽頭的濾波器。對於4：2：0視頻的色度分量有1/8像素精度和4抽頭的濾波器。HEVC中的加權預測可以是單向也可以是雙向的預測。
運動矢量預測Motion vector prediction
HEVC定義了16-bit的水平和垂直運動矢量，支持範圍到[-32768, 32767]，即最多-8192到8191.75個亮度像素點，H.264只支持到-512到511.75個像素點。HEVC的MV模式有高級運動矢量預測（Advanced Motion Vector Prediction (AMVP)）和合並模式。合併模式運行從鄰近塊繼承mv向量值，從而有skip和direct模式。
反量化（Inverse transforms）
HEVC中預測殘差編碼的變換塊大小可以是32x32、16x16、8x8、4x4.一個CTB可以遞歸的分成4個或者更多個TU。TU會使用基本的變換DCT（discrete cosine transform），另外4x4的幀內預測亮度塊的殘差採用從DST( discrete sine transform)中推導的整數變換。這相對於原來的4x4亮度變換有1%的碼率降低。色度塊採用和亮度塊相同的TU大小。
環路濾波器
HEVC有兩個環路濾波器，解塊濾波器（DBF， deblocking filter）與樣本自適應偏移量（SAO，sample adaptive offset）濾波器 (DBF)。Deblocking濾波器和H.264/MPEG-4 AVC中的類似，HEVC中的DBF只能用於8x8的塊（提高並行處理性能），而H.264適用於4x4的塊。HEVC中DBF的強度從0到2.對垂直邊界做水平濾波，對水平邊界做垂直濾波。SAO濾波器在DBF濾波器之後，爲了更好的重建原始圖像。每個CTB的SAO濾波器可以使能或者禁止邊界偏移模式或者子段偏移模式。
解塊濾波器
DBF使用H.264/MPEG-4 AVC類似的設計，更好的支持併發處理是類似的。在HEVC的DBF只適??用於一個8×8個採樣網格，而與H.264 / MPEG-4 AVC的DBF適用的一個4×4個採樣網格。的DBF使用一個8×8個採樣網格，因爲它會導致沒有明顯的降解，並顯著提高了併發處理，因爲的DBF不再導致級聯與其他操作的相互作用。另一個變化是HEVC只允許爲0?2的三個DBF長處。HEVC也需要的DBF首先應用到畫面的垂直邊緣的水平濾波和只有在那之後它應用對於水平邊緣的垂直濾波的圖片,這允許爲多個併發線程的DBF。
樣本自適應偏移量
在DBF之後的使用SAO過濾器，並使用偏移以產生更好地重建原始信號。每C個TB的SAO濾波器可有兩個模式：邊緣偏移模式??或帶偏移模式。邊緣偏移量模式中通過比較的取樣的值，根據比較兩個鄰居，將樣品分爲五類之一：最小，兩種邊緣，最大值，或兩者都不是，對於每個第一四類施加一個偏移量。能帶偏移的模式可分類成32個頻帶，並選擇四個連續頻帶傳送偏移量。SAO濾波器設計來以提高圖像質量，並減少振盪效應.
編碼效率 coding efficiency
圖1各種視頻標準相同PSNR下的對比
視頻編碼標準
平均碼率下降
H.264/MPEG-4 AVC HP
MPEG-4 ASP
H.263 HLP
H.262/MPEG-2 MP
HEVC MP
35.4%
63.7%
65.1%
70.8%
H.264/MPEG-4 AVC HP
-
44.5%
46.6%
55.4%
MPEG-4 ASP
-
-
3.9%
19.7%
H.263 HLP
-
-
-
16.2%
視頻編碼效率通常用peak signal-to-noise ratio (PSNR)客觀評價指標來度量。HEVC受益於更大的Coding Tree Block (CTB)大小。HM-8.0 HEVC視頻分辨率爲2560×1600，和使用64×64 CTB大小相比，如果採用 32×32 CTB大小，碼率增加5.7%，如果使用16×16 CTB大小，碼率增加28.2%。而且分辨率越大，CTB大小越大的碼率減少越多同時解碼時間也減少。上表是HEVC Main Profile (MP)和H.264/MPEG-4 AVC High Profile (HP), MPEG-4 Advanced Simple Profile (ASP), H.263 High Latency Profile (HLP),以及 H.262/MPEG-2 Main Profile (MP)的編碼效率比較。測試序列包括了5個HD分辨率和4個WVGA (800×480)分辨率。主觀測試的結果表明相同的主觀質量下，HEVC MP比H.264/MPEG-4 AVC HP碼率平均下降49.3%.
參考資料：
1，https://blog.csdn.net/fireroll/article/details/77827156
2，https://blog.csdn.net/owen7500/article/details/47334929
3，https://wenku.baidu.com/view/93f15abebb4cf7ec4bfed038.html
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