hevc是什么

高效视频编码（HEVC），常被称作新一代视频压缩标准，是继广泛使用的先进视频编码（AVC）之后的重要技术演进。它旨在不损失画质的前提下，将视频文件的大小大幅缩减，这对于推动超高清（4K/8K）视频、高动态范围成像（HDR）等技术的普及至关重要。本文将深入解析这项技术的原理、优势、应用场景及其面临的挑战，帮助您全面理解其在当今数字媒体领域的关键地位。

       在数字视频内容爆炸式增长的今天，我们几乎每天都会接触到各种格式的视频文件。从手机上的短视频到流媒体平台上的高清电影，流畅的观看体验背后，离不开一项关键的幕后技术——视频编码。当您享受超高清画质带来的视觉盛宴时，很可能正受益于一种名为高效视频编码（HEVC）的技术。那么，高效视频编码（HEVC）究竟是什么？它为何被誉为视频技术领域的一次飞跃？本文将带您深入探索这项塑造了现代视觉体验的核心技术。

       

       视频编码的基本概念与时代需求

       要理解高效视频编码（HEVC）的价值，首先需要明白我们为何要对视频进行编码。原始的视频数据量极其庞大，一段未经压缩的几分钟高清视频就可能占满整个硬盘空间，这使其无法在网络上高效传输或存储在个人设备中。视频编码技术的核心使命，就是通过复杂的算法，在尽可能保持视觉质量不变的前提下，大幅度减小视频文件的大小。这就像一位技艺高超的打包师，将蓬松的货物压缩成紧凑的包裹，以便于运输和仓储。

       在其之前占据主导地位的是先进视频编码（AVC），也称为国际标准化组织/国际电工委员会（ISO/IEC）第一百四十四九十六部分第十版（MPEG-4 AVC）或国际电信联盟（ITU-T）第两百一十六号建议书（H.264）。这项技术在过去十多年里取得了巨大成功，是高清电视、在线视频和视频会议的主流格式。然而，随着技术发展，市场对视频分辨率的要求从高清跃升至超高清，乃至更高的规格，同时高动态范围成像和更高帧率的内容也开始涌现。面对这些海量数据，原有的先进视频编码（AVC）标准逐渐显得力不从心，压缩效率的提升迫在眉睫。高效视频编码（HEVC）正是在这一背景下应运而生，旨在应对下一代视频应用的挑战。

       

       高效视频编码（HEVC）的诞生与发展历程

       高效视频编码（HEVC）标准是由两个权威国际组织联合制定的：国际标准化组织/国际电工委员会（ISO/IEC）运动图像专家组和国际电信联盟（ITU-T）视频编码专家组。这两个组织共同组成了视频编码联合协作团队，专门负责开发新一代的视频编码标准。该标准的第一版最终于二零一三年正式定稿并发布。

       其开发目标非常明确：在提供与先进视频编码（AVC）相同水平的视频质量时，将压缩效率提高一倍。这意味着，对于同一个视频源，采用高效视频编码（HEVC）编码后，文件大小可以缩减至先进视频编码（AVC）版本的一半左右。这一目标的实现，并非通过简单的优化，而是基于对编码架构的深刻革新。自发布以来，高效视频编码（HEVC）标准还在不断演进，增加了对屏幕内容编码、可分级编码和多视图编码等扩展功能的支持，以适应更广泛的应用场景。

       

       核心技术原理：压缩效率如何提升

       高效视频编码（HEVC）之所以能实现更高的压缩效率，源于其一系列更先进、更复杂的编码工具和算法。其中一个核心改进在于其对图像划分方式的革新。在先进视频编码（AVC）中，基本处理单元是宏块，通常大小为十六乘以十六像素。而高效视频编码（HEVC）引入了编码树单元的概念，其尺寸可以灵活地从八乘以八像素扩展到六十四乘以六十四像素。

       这种更大的、可变的划分单元带来了巨大优势。对于视频画面中大面积、纹理简单的区域，例如晴朗的天空或一面纯色的墙壁，编码器可以使用非常大的编码树单元进行处理，从而用极少的比特数就能表示这一大片区域，效率极高。而对于画面中细节复杂、边缘丰富的区域，例如人物的头发或茂密的树叶，编码器则可以将编码树单元递归地分割成更小的单元，进行精细化的编码，确保细节得以保留。这种自适应的大小块划分机制，使得比特资源的分配更加智能和高效。

       

       更精确的预测与变换技术

       除了灵活的块划分，高效视频编码（HEVC）在帧内预测和帧间预测方面也做了显著增强。帧内预测用于压缩同一帧图像内的空间冗余。高效视频编码（HEVC）将帧内预测的方向模式从先进视频编码（AVC）的八种大幅增加至三十三种，使得对图像纹理和边缘的预测更加精确，减少了需要编码的残差信息。

       在帧间预测方面，它采用了更先进的运动向量预测技术，并支持更多的参考帧。运动补偿的精度也提升至四分之一像素，甚至允许使用自适应运动向量精度。此外，它引入了合并模式等新技术，可以更高效地表示相邻块之间相似的运动信息，进一步节省比特数。在变换环节，高效视频编码（HEVC）支持基于离散余弦变换的更大尺寸的变换块，这有助于更好地压缩图像中的相关信号，提升能量集中效率。

       

       熵编码与环路滤波的改进

       高效视频编码（HEVC）在熵编码阶段，用基于上下文的自适应二进制算术编码全面取代了先进视频编码（AVC）中可选的可变长编码和基于上下文的自适应二进制算术编码。算术编码是一种比传统可变长编码更接近信息论熵极限的编码方法，能够进一步提升压缩效率。

       在环路滤波方面，高效视频编码（HEVC）设计了两种先进的滤波器：采样点自适应偏移和自适应环路滤波器。采样点自适应偏移通过分类像素并应用相应的偏移值，可以有效减少振铃效应和块状失真。自适应环路滤波器则利用维纳滤波技术，最小化原始图像与重建图像之间的均方误差，从而显著提升主观视觉质量。这些精密的滤波技术共同作用，在降低码率的同时，保证了解码后视频画面的平滑与自然。

       

       与先进视频编码（AVC）的关键性能对比

       多项独立研究已经证实，在同等主观画质下，高效视频编码（HEVC）相比先进视频编码（AVC）通常能够节省百分之四十到百分之五十的码率。这意味着，一个使用先进视频编码（AVC）需要每秒十兆比特带宽才能流畅播放的视频，采用高效视频编码（HEVC）后，可能仅需每秒五到六兆比特的带宽即可获得相同的观看体验。这一效率提升对于带宽资源宝贵的移动网络和内容分发网络而言，价值巨大。

       当然，这种高效的压缩并非没有代价。高效视频编码（HEVC）的编码复杂度远高于先进视频编码（AVC），这意味着进行视频压缩时需要更强大的计算硬件和更长的处理时间。然而，在解码端，其复杂度的增加相对温和，现代硬件已经能够很好地支持实时解码。总体而言，其带来的带宽和存储节省效益，远远超过了其在编码复杂度上的增加。

       

       对超高清与高动态范围成像内容的支持

       高效视频编码（HEVC）在设计之初就充分考虑了对超高清分辨率视频的支持。其标准的主档次 Profile 最高可支持八一九二乘以四三二零像素的分辨率，这完全覆盖了主流超高清规格的需求。更高分辨率意味着像素数量呈指数级增长，高效视频编码（HEVC）的高效压缩特性在此显得尤为重要，它使得超高清视频的存储和传输在商业上变得可行。

       同时，高效视频编码（HEVC）还原生支持高动态范围成像和广色域内容。高动态范围成像能够呈现更大的亮度范围和更丰富的色彩，带来更接近真实世界的视觉感受。标准中定义了新的传输特性和颜色空间，以便更好地承载高动态范围成像信号。因此，高效视频编码（HEVC）成为了超高清蓝光碟片和众多超高清流媒体服务事实上的视频编码标准。

       

       主要的应用领域与场景

       高效视频编码（HEVC）的应用已经渗透到数字视频的方方面面。在消费电子领域，几乎所有支持超高清录制的新款智能手机、数码相机和摄像机都采用高效视频编码（HEVC）作为默认或重要的视频编码格式。苹果公司的设备从很早开始就广泛支持高效视频编码（HEVC）的硬件编解码，极大地推动了其普及。

       在广播电视行业，全球许多地区的超高清电视广播服务都基于高效视频编码（HEVC）标准。在流媒体领域，诸如网飞、亚马逊Prime视频、哔哩哔哩等国内外主流平台，均使用高效视频编码（HEVC）来传输其超高清内容，以优化其服务器带宽成本和用户的流量消耗。此外，在视频会议、专业影视制作、医疗影像存档和安防监控等专业领域，高效视频编码（HEVC）也因其高效性而得到广泛应用。

       

       硬件解码支持状况

       一项视频编码标准能否成功普及，硬件解码的支持至关重要。硬件解码指的是由图形处理器或专用芯片来承担视频解码任务，其能效比和性能远高于软件解码。目前，主流厂商的图形处理器和移动处理器，例如英伟达、超威半导体、英特尔、高通、苹果和联发科的产品，大多已经集成了对高效视频编码（HEVC）主流格式的硬件解码支持。

       这意味着在过去的电脑、游戏主机、智能手机、智能电视和电视盒子上，播放高效视频编码（HEVC）视频已经变得非常流畅且功耗很低。广泛的硬件支持为高效视频编码（HEVC）生态的成熟奠定了坚实的基础，使得终端用户无需担心兼容性问题。

       

       面临的专利许可挑战

       尽管高效视频编码（HEVC）在技术上非常成功，但其推广之路并非一帆风顺，最大的障碍来自于复杂的专利许可问题。与由单一机构管理专利的先进视频编码（AVC）不同，高效视频编码（HEVC）的核心专利被多个不同的专利池持有，例如高效视频编码（HEVC）先进联盟和视觉通讯有限公司等，此外还有许多专利持有者未加入任何池。

       这种分散且不透明的专利 landscape 导致了许可成本的不确定性和复杂性，使得一些设备制造商和内容提供商对全面采用高效视频编码（HEVC）持谨慎态度。这一困境也在一定程度上催生了其后继者——多功能视频编码标准的开发，后者试图建立更清晰、更统一的专利许可框架。

       

       与后续标准多功能视频编码的关系

       技术演进永不停歇。在高效视频编码（HEVC）之后，由联合视频专家组制定的多功能视频编码标准已于二零二零年定稿。多功能视频编码旨在进一步提升压缩效率，相比高效视频编码（HEVC），其目标是在相同画质下再节省约百分之三十到百分之五十的码率，并更好地支持自适应流媒体和沉浸式媒体等新兴应用。

       那么，高效视频编码（HEVC）会被迅速取代吗？答案是否定的。考虑到技术迭代周期、现有硬件存量、内容库规模以及多功能视频编码自身的成熟度，高效视频编码（HEVC）在未来五到十年内仍将是超高清视频领域的中流砥柱。它与多功能视频编码将长期共存，分别服务于不同的细分市场和应用需求。

       

       如何在日常生活中识别与使用

       作为普通用户，您可能会在多个地方接触到高效视频编码（HEVC）。视频文件的扩展名通常是点移动图像专家组四或点移动图像专家组五，但这并不能直接区分编码格式。要准确判断一个视频是否采用高效视频编码（HEVC）编码，可以查看文件的详细信息或媒体信息。在Windows系统中，可以在文件属性中查看；在苹果电脑中，可以使用快速查看功能；此外，还有许多第三方媒体信息工具可供使用。

       在视频编码格式一栏，您可能会看到高效视频编码（HEVC）或其代号。当您使用视频编辑软件输出视频时，在导出设置中通常也可以选择高效视频编码（HEVC）作为编码器，以获得更小的文件体积。了解这一点，有助于您在不同场景下做出更优的选择，平衡画质、文件大小和兼容性。

       

       未来展望与总结

       回顾其发展，高效视频编码（HEVC）无疑是视频技术发展史上的一个重要里程碑。它成功地将视频压缩效率提升到了一个新的高度，为超高清时代的到来铺平了道路。尽管面临专利许可的挑战和后继标准的竞争，但其卓越的技术优势和广泛的生态支持，确保了其在当前和未来一段时间内不可动摇的市场地位。

       从流媒体娱乐到个人影像记录，从专业广播到远程通讯，高效视频编码（HEVC）正在默默地提升着我们的数字视觉体验。理解其基本原理和价值，不仅能帮助我们更好地使用手中的设备，也能让我们窥见数字技术持续创新的澎湃动力。随着虚拟现实、增强现实等更高数据吞吐量应用的兴起，对高效编码技术的需求只会越来越强烈，而高效视频编码（HEVC）及其演进技术将继续扮演关键角色。

       

       总而言之，高效视频编码（HEVC）不仅仅是一个技术缩写，它代表了一种通过智慧算法应对数据洪流的解决方案。它让我们能够在有限的带宽和存储空间内，享受无限精彩的视觉内容，这正是其核心价值所在。随着技术的不断普及和优化，我们有理由相信，高效视频编码（HEVC）将继续为全球用户带来更清晰、更流畅、更沉浸式的视频体验。