高效率视频编码

高效率视讯编码（High Efficiency Video Coding，简称HEVC），又称为H.265和MPEG-H第2部分，是一种视讯压缩标准，获视为是ITU-T H.264/MPEG-4 AVC标准的继任者。2004年开始由ISO/IEC Moving Picture Experts Group（MPEG）和ITU-T Video Coding Experts Group（VCEG）作为ISO/IEC 23008-2 "MPEG-H Part 2"或称作ITU-T "H.265"开始制定。第一版的HEVC/H.265视讯压缩标准在2013年4月13日获接受为国际电信联盟（ITU-T）的正式标准。HEVC获认为不仅提升影像品质，同时也能达到H.264/MPEG-4 AVC两倍之压缩率（等同于同样画面品质下位元率减少到了50%），可支援4K解析度甚至到超高画质电视（UHDTV），最高解析度可达到8192×4320（8K解析度）。
数个基于HEVC延伸的编码标准正在进行中，包含range extensions（支援进阶的影片格式）、可调式编码和3D视讯编码标准。
历史.
标准制定.
在H.264/AVC标准制定完（2003年）的后一年，VCEG组织便开始研究更先进的视讯压缩技术，期望能够发展下一代视讯压缩标准，或期望能大量提升压缩率成为H.264/AVC的延伸版本。2005年1月，VCEG开始将这些议题统整称为Key Technical Areas（KTA），并且开发了一个同名的软体编解码器KTA Software来评估受提案的新技术。KTA software是基于H.264/AVC的标准参考软体Joint Model（JM）上，加入新的编码技术并与JM的编码效率做比较。到了2007年，KTA Software的编码效率较JM提升了不少。
为此目的MPEG与VCEG联合成立了一个Joint Collaborative Team on Video Coding（JCT-VC）作为共同开发HEVC的团队。并每四个月进行一次标准讨论与制定的会议。并发布了HEVC的标准参考软体HEVC Test Model（HM）。
规格书时程.
HEVC标准（第一个版本）制定的时程如下：
技术细节.
HEVC与H.264/AVC和许多其他视讯压缩编码一样，都是采用Hybrid Video Coding的架构（如右图），但在各部分加入了一些新技术或者提升了原本编码工具的效率。
编码树单元（Coding Tree Unit）.
编码树单元（Coding Tree Unit, CTU）是HEVC的基本编码单元，有如H.264/AVC的Macroblock。HEVC支援8x8到64×64像素的CTU大小。编码树单元可向下分割编码单元（Coding Unit，CU）、预测单元（Prediction Unit，PU）及转换单元（Transform Unit，TU）。
取代了过往中使用的 16×16 像素宏区块，编码树单元可使用 64×64 的大区块结构，且可以更好地将图片细分为可变大小尺寸。
于初始时将图片划分为编码树单元，可以为64×64、32×32或16×16，而像素块尺寸提升通常会提高时编码的效率。
逆转换(Inverse Transforms).
规范指定HEVC以 4×4、8×8、16×16 和 32×32 四个变换单元 (transform units) 大小来对预测残差进行编码，编码树单元可以递归地划分超过四个变换单元。
变换单元使用基于离散余弦变换(DCT) 的整数基函数；而属于帧内编码范畴的 4×4 亮度变换区块则使用从离散正弦变换(DST) 导出的整数变换进行变换。
熵编码（Entropy Coding）.
HEVC 使用前文参考之适应性二元算术编码(CABAC) 算法，使用了跟H.264/AVC High Profile中一样的前文参考之适应性二元算术编码演算法来做熵编码，并抛弃了适应性变动长度编码法(CAVLC)。
HEVC仅允许前文参考之适应性二元算术编码作为熵编码器实践方法，基于前文参考之适应性二元算术编码的熵编码目的在于实现更高的吞吐量。
HEVC 的另一个改进是编码资料之间的相依关系改变，借以提高吞吐量。
因此与 H.264/MPEG-4 AVC 相比，前文参考之适应性二元算术编码可以更好地选择提高效率的前文。
帧内预测(Intra Prediction).
相比于 H.264/MPEG-4 AVC 的8 种帧内预测方向模式 ，HEVC 帧内预测有33 种方向模式。HEVC还有DC帧内预测和平面预测模式。
DC 帧内预测模式对样本求平均值而来，可用于平坦表面。
至于平面预测模式，相对于而H.264/MPEG-4 AVC而言，HEVC的平面预测模式支持所有区块尺寸，而H.264/MPEG-4 AVC的平面预测模式仅限于 16×16 像素的区块尺寸。
从同一图片内解码的数据，获用来作为帧内预测模式使用相邻且相间的预测区块数据。
运动补偿(Motion Compensation).
关于亮度插值，HEVC 使用八个抽头的滤波器进行一维半处样本插值，或是七个抽头的滤波器进行一维四分之一处样本插值；
H.264/MPEG-4 AVC则先使用6 抽头滤波器一维插值运算半样本值，四舍五入后，在附近的半样本位置的值之间使用线性插值，生成四分之一处样本值。
两者相比，使用更多抽头的插值滤波器，并且消除了四舍五入的误差，HEVC 精度更加高。
运动向量预测(Motion Vector Prediction).
水平和垂直的运动矢量 (Motion Vectors) 在 2012 年 7 月添加到 HEVC 中，其中包含 mvLX 变量。
其中，HEVC 水平/垂直运动矢量范围为 -32768 至 32767，共16位元；使用四分之一像素精度的HEVC，运动矢量范围则为 -8192 至 8191.75 亮度样本。
HEVC 有两种运动矢量模式，即高级运动矢量预测 (Advanced Motion Vector Prediction) 和合并模式(Merge Mode)。
高级运动矢量预测，其使用来自参考图片的数据，也可以使用来自相邻预测区块资料。
合并模式类似于 H.264/MPEG-4 AVC 的跳过与直接运动推理模式，不同的地方是，其使用索引信息来选择备选目标。 
环路滤波器（Loop Filtering）.
HEVC有两个环路滤波器，解块滤波器（DBF）与取样自适应偏移（SAO）滤波器。
在图片间预测循环中使用解块滤波器与自适应偏移量滤波器两者，随后将滤波后影像存储存在解码图片缓冲器（Decoded Picture Buffer，DPB）中作为图片间预测之基准。
解块滤波器（Deblocking Filter）.
类似于 H.264/MPEG-4 AVC 使用的解块滤波器，但其设计更佳简洁。 HEVC的解块滤波器仅适用 8×8 样本网格(Sample Grid)，而 H.264/MPEG-4 AVC 则适用于 4×4 样本网格。
DBF 使用 8×8 样本网格让影像退化显著降低，并显著提高了并行处理效率，因为解块滤波器不再导致与其他操作交互作用。此外，HEVC只允许至多三个的解块滤波器深度。
HEVC的解块滤波器先做画面垂直边缘的水平滤波，而后再做对于水平边缘的垂直滤波，有利于平行处理多线程（Multithreading）。
取样自适应偏移（Sample Adaptive Offset）.
样本自适应偏移滤波器在解块滤波器之后使用，透过查找表查询偏移量，借以重建原始讯号震幅。每个编码树单元都可禁止使用样本自适应偏移滤波器，或油以下两种模式之一启用：边缘偏移模式(Edge Offset Mode)或带偏移模式(Band Offset Mode)。
边缘偏移模过使用方向梯度将样本的值与其八个相临且相间中的两个值进行比较来操作，并将样本分为五种类型：最小值、最大值、较低值边缘、较高值的边缘，与单调。除了单调以外，都会使用偏移量。
带偏移模式根据单个样本的幅度而使用不同的偏移量，样本按其幅度分类为 32种频带，并为 32 个频带中的其中四个连续带指定了偏移量，在容易产生振铃效应的平坦区域中，样本幅度经常在一个小范围内改变。样本自适应偏移滤波器旨在提高影像品质和减少振铃效应。
编码规范.
层级与等级.
HEVC定义了包含Main和High 2种「层级」（tiers），以及13种「等级」（levels）。层级是设计来面对不同的应用，对其"最大位元率"做限制。其中Main tier是设计给大部分的应用，而High tier是设计给高要求的应用。等级则是针对位元流设定了一组限制，与Profile相似。当一个解码器符合给定了的层级与等级，代表此解码器也受要求必须能解码用该层级/等级及较低层级/等级所编码出来的位元流。
产品与实现.
2022.
2022年10月25日，Google Chrome 发布了 107 版本，开始支持所有平台“开箱即用”的HEVC硬件解码。
浏览器支持.
HEVC在以下web浏览器中实现: 
根据StatCounter的数据，2021年5月，估计有18%的台式机和笔记本系统上使用的浏览器能够播放HTML5网页中的HEVC视频。