更新时间：2023-06-22 14:24
高效视频编码（HEVC），也称为H.265和MPEG-H part 2，是视频压缩标准，是广泛使用的AVC（H.264或MPEG-4第10部分）的几个潜在后继者之一。 与AVC相比，HEVC在相同的视频质量水平下提供大约两倍的数据压缩比，或者以相同的比特率显著提高视频质量。 它支持高达8192×4320的分辨率，包括8K UHD。
在大多数方面，HEVC是H.264/MPEG-4 AVC中概念的扩展。两者都通过比较视频帧的不同部分来找到冗余的区域，包括单帧和后续帧。然后用简短描述代替原始像素替换这些冗余区域。 HEVC的主要变化包括将模式比较和差分编码区域扩展到16×16像素到大小达64×64，改进的可变块大小分割，改进了同一图像内的“帧内”预测，改进了运动矢量预测和运动区域合并，改进的运动补偿滤波，以及称为采样自适应偏移滤波的附加滤波步骤。有效地使用这些改进需要更多的信号处理能力来压缩视频，但对解压缩所需的计算量的影响较小。
HEVC由视频编码联合协作小组（JCT-VC）开发，这是ISO / IEC MPEG和ITU-T VCEG之间的合作。 ISO/IEC组将其称为MPEG-H第2部分，将ITU-T称为H.265。 HEVC标准的第一个版本于2013年1月批准并于2013年6月发布。第二个版本具有多视图扩展（MV-HEVC），范围扩展（RExt）和可扩展性扩展（SHVC），于2014年完成并获得批准2015年初完成了3D视频扩展（3D-HEVC），并于2016年初完成了屏幕内容编码（SCC）的扩展，并于2017年初发布，涵盖了包含渲染图形，文本或视频的视频。动画以及（或代替）相机捕捉的视频场景。 2017年10月，该标准被Primetime艾美工程奖认可为对电视技术产生重大影响。
HEVC包含参与JCT-VC的组织拥有的专利所涵盖的技术。实施使用HEVC的设备或软件应用程序可能需要HEVC专利持有者的许可。 ISO/IEC和ITU要求属于其组织的公司以合理和非歧视性许可（RAND）条款提供其专利。专利许可可以直接从每个专利持有人处获得，或通过专利许可机构获得，例如MPEG LA，HEVC Advance和Velos Media。当前所有专利许可机构提供的综合许可费用高于AVC。许可费是网络上HEVC采用率低的主要原因之一，也是一些最大的科技公司（亚马逊，AMD，Apple，ARM，思科，谷歌，英特尔，微软，Mozilla，Netflix，Nvidia和更多）已加入开放媒体联盟，旨在于2017年底完成免版税替代视频编码格式AV1。AV1规范的初始版本最终于2018年3月28日发布。
2004年，ITU-T视频编码专家组（VCEG）开始对技术进步进行重大研究，以便能够创建新的视频压缩标准（或H.264/MPEG-4 AVC标准的大量面向压缩的增强）。 2004年10月，调查了各种可能增强H.264/MPEG-4 AVC标准的技术。 2005年1月，在VCEG的下次会议上，VCEG开始将某些主题指定为“关键技术领域”（KTA）以供进一步调查。建立了一个名为KTA代码库的软件代码库来评估此类提案。KTA软件基于联合模型（JM）参考软件，该软件由MPEG和VCEG联合视频团队为H.264 / MPEG-4 AVC开发。其他提议的技术已整合到KTA软件中，并在未来四年的实验评估中进行了测试。MPEG和VCEG建立了视频编码联合协作小组（JCT-VC）来开发HEVC标准。
考虑了两种标准化增强压缩技术的方法：创建新标准或创建H.264 / MPEG-4 AVC的扩展。该项目暂定名称为H.265和H.NGVC（下一代视频编码），并且是VCEG工作的主要部分，直到2010年它与MPEG进入HEVC联合项目。
与H.264 / MPEG-4 AVC高配置文件相比，NGVC的初步要求是能够在相同的主观图像质量下降低50%的比特率，并且计算复杂度是该设备的1/2到3倍。高调。NGVC能够在与高分辨率相同的视频质量下提供25%的比特率降低和50%的复杂性降低，或者提供更高的比特率降低，同时具有更高的复杂度。
ISO/IEC运动图像专家组（MPEG）于2007年启动了一个类似的项目，暂定名为高性能视频编码。在2007年7月之前，已经决定将比特率降低50%的协议作为该项目的目标。通过对VCEG开发的KTA参考软件编码器的修改进行早期评估。到2009年7月，实验结果显示，与AVC High Profile相比，平均比特减少约20%;这些结果促使MPEG与VCEG合作启动其标准化工作。
VCEG和MPEG于2010年1月发布了关于视频压缩技术的正式联合征集提案，并在4月举行的MPEG&VCEG视频编码联合协作组（JCT-VC）第一次会议上对提案进行了评估。2010年。共提交了27份完整提案。评估表明，在许多测试案例中，一些提案可以达到与AVC相同的视觉质量，只有一半的比特率，计算复杂度增加了2-10倍，并且一些提议获得了良好的主观质量和比特率结果具有比参考AVC高轮廓编码更低的计算复杂度。在那次会议上，联合项目采用了高效视频编码（HEVC）这一名称。从那次会议开始，JCT-VC将一些最佳建议的特征集成到单个软件代码库和“正在考虑的测试模型”中，并进行了进一步的实验以评估各种提议的特征。HEVC的第一个工作草案规范是在2010年10月的第三次JCT-VC会议上制定的。在后来的JCT-VC会议中，HEVC的编码工具和配置发生了许多变化。
2013年1月25日，国际电联宣布HEVC已获得ITU-T替代批准程序（AAP）的第一阶段批准（同意）同一天，MPEG宣布HEVC已经在MPEG标准化过程中被提升为国际标准最终草案（FDIS）。
2013年4月13日，HEVC/H.265被批准为ITU-T标准。该标准由ITU-T于2013年6月7日正式发布，ISO/IEC于2013年11月25日正式发布。
2014年7月11日，MPEG宣布第二版HEVC将包含三个最近完成的扩展，即多视图扩展（MV-HEVC），范围扩展（RExt）和可扩展性扩展（SHVC）。
2014年10月29日，HEVC/H.265第2版被批准为ITU-T标准。它于2015年1月12日正式发布。
2015年4月29日，HEVC/H.265第3版被批准为ITU-T标准。
2016年6月3日，HEVC/H.265第4版在ITU-T中获得同意，并在2016年10月的投票中未获批准。
2016年12月22日，HEVC/H.265第4版被批准为ITU-T标准。
2014年9月29日，MPEG LA宣布其HEVC许可证，涵盖23家公司的重要专利。首批100,000个“设备”（包括软件实施）是免版税的，之后每台设备的费用为0.20美元，而年度上限为2500万美元。这比AVC的费用要贵得多，每台设备的费用为0.10美元，相同的100,000豁免，年度上限为650万美元。 MPEG LA对内容本身不收取任何费用，这是他们最初授权AVC时所尝试的内容，但随后在内容制作者拒绝支付时被撤销。该许可证已经扩展到包括HEVC标准第2版中的配置文件。
当MPEG LA条款公布时，评论者指出，一些知名玩家不属于该组。其中包括AT&T，微软，诺基亚和摩托罗拉。当时的猜测是，这些公司将形成自己的许可池，以与MPEG LA池竞争或增加。这样一个小组于2015年3月26日正式宣布为HEVC Advance。这些条款涵盖500项重要专利，于2015年7月22日公布，其费率取决于销售国家，设备类型，HEVC配置文件，HEVC扩展和HEVC可选功能。与MPEG LA条款不同，HEVC Advance通过收益分享费用重新引入了使用HEVC编码的内容的许可费。
最初的HEVC Advance许可证对于1区国家/地区的每台设备的最高使用费率为2.60美元，内容使用费率为HEVC视频服务产生的收入的0.5%。 HEVC Advance许可证中的1区国家包括美国，加拿大，欧盟，日本，韩国，澳大利亚，新西兰等。 2区国家/地区是未列入1区国家/地区列表的国家/地区。 HEVC Advance许可证对于2区国家/地区的每台设备的最高使用费率为1.30美元。与MPEG LA不同，没有年度上限。除此之外，HEVC Advance还收取了HEVC中视频服务编码内容产生的收入的0.5%的特权使用费率。
当它们被宣布时，行业观察者对设备的“不合理和贪婪”费用产生了相当大的反响，这些费用大约是MPEG LA费用的七倍。一起添加，设备需要的许可证价格为2.80美元，是AVC的28倍，以及内容的许可费用。这导致要求“内容所有者团结起来并同意不同意HEVC Advance”。其他人认为，这些费率可能会导致公司转向Daala和VP9等竞争标准。
2015年12月18日，HEVC Advance宣布了专利费率的变化。这些变化包括将1区国家的最高专利费率降至每台设备2.03美元，创建年度专利费上限，以及免除最终用户免费内容的版税。一家公司的年度特权使用费上限为4000万美元，内容为500万美元，可选功能为200万美元。
2016年2月3日，Technicolor SA宣布他们已退出HEVC Advance专利池，并将直接授权他们的HEVC专利。
2016年11月22日，HEVC Advance宣布了一项重大举措，修订了他们的政策，允许HEVC的软件实施直接分发给消费者移动设备和个人计算机免版税，无需专利许可。
2017年3月31日，Velos Media宣布其HEVC许可证涵盖爱立信，松下，高通公司，夏普和索尼的必要专利。
大多数视频编码标准的设计主要旨在获得最高的编码效率。编码效率是能够以尽可能低的比特率对视频进行编码，同时保持一定的视频质量水平。有两种标准方法来测量视频编码标准的编码效率，即使用客观度量，例如峰值信噪比（PSNR），或使用视频质量的主观评估。视频质量的主观评估被认为是衡量视频编码标准的最重要方式，因为人类主观地感知视频质量。
HEVC受益于使用更大的编码树单元（CTU）大小。这已经在使用HM-8.0 HEVC编码器的PSNR测试中显示，其中它被迫使用逐渐变小的CTU尺寸。对于所有测试序列，当与64×64 CTU大小相比时，显示当强制使用32×32 CTU大小时HEVC比特率增加2.2%，并且当被迫使用16×时增加11.0% 16 CTU尺寸。在A类测试序列中，视频的分辨率为2560×1600，与64×64 CTU大小相比，显示当强制使用32×32 CTU大小时，HEVC比特率增加了5.7% ，当被迫使用16×16 CTU尺寸时，增加了28.2%。测试表明，大CTU尺寸可提高编码效率，同时还可缩短解码时间。
HEVC Main Profile（MP）在编码效率方面与H.264 / MPEG-4 AVC High Profile（HP），MPEG-4 Advanced Simple Profile（ASP），H.263 High Latency Profile（HLP）和H进行了比较.262 / MPEG-2主要配置文件（MP）。视频编码是为娱乐应用完成的，并且使用HM-8.0 HEVC编码器为9个视频测试序列制作了12个不同的比特率。在九个视频测试序列中，五个处于HD分辨率，而四个处于WVGA（800×480）分辨率。 HEVC的比特率降低基于PSNR确定，HEVC与H.264 / MPEG-4 AVC HP相比具有35.4%的比特率降低，与MPEG-4 ASP相比降低63.7%，与H.263 HLP相比降低65.1% ，与H.262 / MPEG-2 MP相比，有70.8%。
HEVC MP还与H.264 / MPEG-4 AVC HP进行了比较，以获得主观视频质量。视频编码是针对娱乐应用进行的，并且对于使用HM-5.0 HEVC编码器的九个视频测试序列进行了四种不同的比特率。主观评估是在早于PSNR比较的日期进行的，因此它使用了性能略低的HEVC编码器的早期版本。使用平均意见得分值基于主观评估确定比特率降低。与H.264 / MPEG-4 AVC HP相比，HEVC MP的整体主观比特率降低为49.3%。
ÉcolePolytechniqueFédéraledeLausanne（EPFL）做了一项研究，以高于HDTV的分辨率评估HEVC的主观视频质量。这项研究是用三个视频完成的，分辨率为3840×1744（24 fps），3840×2048（30 fps），3840×2160（30 fps）。五秒钟的视频序列显示了人们在街头，交通和开源计算机动画电影Sintel的场景。使用HM-6.1.1 HEVC编码器和JM-18.3 H.264 / MPEG-4 AVC编码器以五种不同的比特率对视频序列进行编码。使用平均意见得分值基于主观评估确定主观比特率降低。该研究将HEVC MP与H.264 / MPEG-4 AVC HP进行了比较，结果表明，对于HEVC MP，基于PSNR的平均比特率降低为44.4%，而基于主观视频质量的平均比特率降低为66.5%。
在2013年4月发布的HEVC性能比较中，使用3840×2160视频序列将HEVC MP和Main 10 Profile（M10P）与H.264 / MPEG-4 AVC HP和High 10 Profile（H10P）进行比较。使用HM-10.0 HEVC编码器和JM-18.4 H.264 / MPEG-4 AVC编码器对视频序列进行编码。对于帧间视频，基于PSNR的平均比特率降低为45%。
在2013年12月发布的视频编码器比较中，将HM-10.0 HEVC编码器与x264编码器（版本r2334）和VP9编码器（版本v1.2.0-3088-ga81bd12）进行了比较。该比较使用Bjøntegaard-Delta比特率（BD-BR）测量方法，其中负值表示比特率降低多少，正值表示相同PSNR的比特率增加多少。在比较中，HM-10.0 HEVC编码器具有最高的编码效率，并且平均而言，为了获得相同的客观质量，x264编码器需要将比特率提高66.4%，而VP9编码器需要提高比特率减少79.4%。
在2014年5月发布的主观视频性能比较中，JCT-VC将HEVC Main配置文件与H.264 / MPEG-4 AVC High配置文件进行了比较。该比较使用平均意见得分值，由BBC和苏格兰西部大学进行。使用HM-12.1 HEVC编码器和JM-18.5 H.264/MPEG-4 AVC编码器对视频序列进行编码。该比较使用一系列分辨率，HEVC的平均比特率降低为59%。 HEVC的平均比特率降低为480p为52%，720p为56%，1080p为62%，4K UHD为64%。
在EPFL于2014年8月发布的主观视频编解码器比较中，将HM-15.0 HEVC编码器与VP9 1.2.0-5183编码器和JM-18.8 H.264/MPEG-4 AVC编码器进行了比较。四个4K分辨率序列以五种不同的比特率编码，编码器设置为使用一秒的内部周期。在比较中，HM-15.0 HEVC编码器具有最高的编码效率，并且平均而言，对于相同的主观质量，与VP9 1.2.0-5183编码器相比，比特率可以降低49.4%，并且可以降低与JM-18.8 H.264 / MPEG-4 AVC编码器相比，增加了52.6%。
2016年8月，Netflix公布了一项大型研究的结果，该研究将领先的开源HEVC编码器x265与领先的开源AVC编码器x264和参考VP9编码器libvpx进行了比较。Netflix使用先进的视频多方法评估融合（VMAF）视频质量测量工具，发现x265的比特率相同，质量比x264低35.4%至53.3%，比VP9低17.8%至21.8%。
与H.264 / MPEG-4 AVC HP相比，HEVC旨在显著提高编码效率，即以可比较的图像质量将比特率要求降低一半，但代价是计算复杂度增加。HEVC的设计目标是允许视频内容的数据压缩比高达1000：1。根据应用要求，HEVC编码器可以牺牲计算复杂性，压缩率，对错误的鲁棒性和编码延迟时间。与H.264 / MPEG-4 AVC相比，改进HEVC的两个关键特性是支持更高分辨率的视频和改进的并行处理方法。
HEVC针对下一代HDTV显示器和内容捕获系统，具有逐行扫描帧速率和QVGA（320x240）至4320p（7680x4320）的显示分辨率，以及在噪声级别，色彩空间和动态方面的改善图像质量范围。