视频编解码标准H.265 H.264优劣之辩

2019-11-04

谈到提高视频监控的视频流质量，不能不提H.265，目前最高效的视频编解码技术标准。H.265又称HEVC(High Efficiency Video Coding)，是旨在大幅度降低视频流码率而同时保持最高可用图像质量的视频编码技术。相较于其前代技术(H.264), H.265能提供大约一倍的压缩比，同时保证视频质量相同；或者保证码流相同的情况下大幅提升图像质量。其理论最高解析度达到了8192*4320，囊括了8K UHD格式。

随着IPC的快速发展和大量部署，安防视频监控的高清化进程在不断加深着，前端设备的镜头规格、后端的显示分辨率都在同步提升，而视频编解码的标准亦需要随之而改变。

H.265优势所在

随着H.265格式进入市场，其逐渐开始被部署于高清IP摄像机、NVR产品中。H.265因其算法的效率提高，可以减少约50%的存储容量。H.265和H.264两种视频编解码技术的工作原理都是通过比较视频单帧，来找出重复帧。这些冗余部分会被替换为少量可以代表原内容的替代数据信息。两者不同的地方在于：H.265技术放大/缩小CTU(coding tree unit)块的能力。H.265的CTU大小为4*4 —64*64之间，而H.264技术只允许大小为16*16的CTU块。对于CTU分割的增强，以及更好的运动补偿、空间预测，需要大量的信号处理能力的提升。

除了利用CTU实现降低码流，H.265还依靠并行计算来使自身的编码过程更加的迅速。其支持AVX/AVX2、FMA3/FMA4等扩展，并且操作进程中图像的单个矩形区域相互独立，从而支持并行处理。H.265还具备一项H.264不具备的能力即WPP(Wavefront Parallel Processing)技术, 一种能够使压缩过程更具效率的决策树技术。

总结而言，H.265压缩技术是一种高效的视频编码技术，在三个方面相较其前身技术取得了大幅度的提升。H.265技术意味着更流畅的视频播放、更低的延迟、和更小的存储空间。对于正在向进阶高清化、智能化的安防视频监控领域来说，更优秀的图像质量意味着更大的后期智能处理分析操作空间；更低的码流和存储空间意味着更低的总拥有成本，技术角度来讲利大于弊。

但是，H.265目前离大规模部署还有一定距离，长期来看，应该有很长一段时期内是H.264与H.265两者共存。

H.265的发展阻碍

目前，H.265技术的发展阻碍很大程度来自于优化后的H.264技术(目前H.264是业界大多数场景可用的技术标准)，以及高昂的升级成本。除此之外，影响H.265的发展的原因或许还应该考虑到产业链因素——改良生产设备及工艺来生产兼容H.265标准的设备、以及专利授权费用。

1、实验室测试的局限性

根据ICT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)的测试，H.265的压缩率相较于H.264提升了一倍，但这仅仅是实验室的测试数据，并不是实境测试的来的数据，因此完全无法体现现实环境的复杂性。因此，现阶段H.265所宣称的相较H.264压缩性能一倍的提升依然停留在理论数值上。

反观H.264，已经在业界被采用了10年以上，性能表现已经被使用者所熟知，同时有着最为丰富的编码器和解码器配套选择，产业链方面拥有来自芯片、板卡生产商的支持，各方面趋于稳定。

2、高额的专利费用

另外一个阻碍H.265大范围部署的问题是专利授权。H.264使业界众多企业受益，而H.265并不是免费的新工具。H.265现阶段并未普及，其专利所有权问题也并未统一化解决，带来的结果就是高昂的专利成本。对于安防企业来说这是不得不面对的问题，而且需要认真对待考虑，因为关系到生产制造，以及为客户带来的成本增加：为了兼容新标准前后端设备都需要更新升级，如何能够让客户确信一切的额外支出是值得的？

视频编解码标准发展后续

视频编解码的发展基本可以按10年为一阶段来总结：1994年，MPEG2规格出现。2003年，H.264标准出现。2013年，H.265出现。

当MPEG2出现的时候，业界的焦点主要在于DVD播放器，标清电视。MPEG2可以很好的被用于这些设备。随后，H.264的出现吻合了IT、移动互联网、HD分辨率等需求，促进了HD数字电视、互联网视频、移动视频、视频监控、蓝光视频等等应用的发展。而H.265也有自己的用武之地，将被用于Ultra-HD超高清场景、以及云计算等等超前应用当中。

随着H.265的发展和应用，其创建机构ICT-VC建立了新的团队(IVET)，聚焦更强的压缩技术。同时，另一机构AOM(Alliance for Open Media)成立，定位于创立互联网视频标准。其成员包括一众互联网和科技相关企业，如微软、谷歌、因特尔、亚马逊等。

对于安防来说，H.265标准具有其技术领先性，但H.264在现阶段更具可用性和经济性，因此并没有全局最优的编解码标准，只有应对场景需求最为合适的标准。不过，可以预见的是，视频编解码标准演变会因为不同组织机构之间的投入、竞争而加快，或许将来的视频编解码发展之路将不再遵循10年为一阶段的发展规律，而进入更快的发展节奏。