2. 编码基础重温：宏块与CTU、帧内预测与帧间预测、变换与量化、环路滤波

好，咱们正式开始第二讲。在动手调参之前，我建议先把编码器里最核心的几个概念再过一遍。你可能会说：“这些我都知道啊。” 但相信我，很多参数调优的坑，根源就是对这几个基础模块的理解不够深。

说白了，H.265 相比 H.264 最大的变化，就是把 16x16 的宏块，升级成了最大 64x64 的 CTU。这个变化，直接影响了后面所有的预测、变换和滤波。咱们一个一个来拆。

2.1 从宏块到 CTU：编码树单元的进化

H.264 时代，我们处理的基本单元叫宏块（Macroblock），固定 16x16 像素。到了 H.265，这个单元变成了编码树单元（CTU, Coding Tree Unit）。

CTU 的大小是可变的，最大支持 64x64。你可以把它想象成一棵四叉树：根节点是 64x64，然后可以递归地向下分裂成 32x32、16x16，一直到 8x8。这个分裂过程，就是编码器在“寻找最优划分”。

为什么要有这个变化？你想想看，4K 视频里，一片蓝天可能占了半个屏幕。如果用 16x16 的宏块去编码，需要处理成千上万个块，冗余信息太多。用 64x64 的 CTU，一个块就能搞定，码率自然就降下来了。

下面这张图，展示了 CTU 的四叉树划分结构：

2.2 帧内预测与帧间预测

预测是视频编码的灵魂。说白了，编码器不直接存像素值，而是存“预测值和真实值的差”。这个差越小，码率就越低。

2.2.1 帧内预测：空间上的“猜”

帧内预测，就是利用当前帧里已经编码好的像素，来预测当前块。H.265 支持 35 种帧内预测模式，比 H.264 的 9 种多了不少。

这 35 种模式包括：

• Planar 模式（模式 0）： 平滑渐变，适合平坦区域。
• DC 模式（模式 1）： 取平均值，适合大面积均匀区域。
• 33 种角度模式（模式 2-34）： 覆盖从近水平到近垂直的各种方向。

我记得有一次做屏幕内容编码，发现默认的帧内模式搜索范围太大，导致编码速度很慢。后来我手动限制了 --rect 和 --amp 参数，速度提升明显，画质损失几乎看不出来。

2.2.2 帧间预测：时间上的“抄”

帧间预测更简单粗暴：从已经编码好的参考帧里，找一个最匹配的块，然后只记录两者的位移（运动矢量）和残差。

H.265 引入了 运动合并（Merge）模式 和 高级运动矢量预测（AMVP）。这两个技术，说白了就是让运动矢量传得更省。

特性	H.264	H.265
运动补偿精度	1/4 像素	1/4 像素（亮度） / 1/8 像素（色度）
参考帧数量	最多 16 个	最多 16 个（但实际常用 4-8 个）
Merge 模式	无	有，支持 5 个候选
预测单元 (PU) 形状	对称（16x8, 8x16 等）	对称 + 非对称（如 16x4, 4x32）

这里要特别提一下 非对称运动划分（AMP）。在 H.264 里，块划分只能是对半切。H.265 允许 1/4 和 3/4 的切法。比如一个 16x16 的块，可以切成 16x4 和 16x12。这个特性对处理运动物体的边缘特别有用。

2.3 变换与量化

预测做完，我们拿到了残差。残差在空间域里往往还有相关性，所以需要做变换，把能量集中到低频系数上。

H.265 用的是 离散余弦变换（DCT），块大小从 4x4 到 32x32。对于屏幕内容，还引入了 离散正弦变换（DST），用于 4x4 的帧内预测残差。

量化这一步，是编码器里“损失”的主要来源。量化参数（QP）越大，高频系数被丢弃得越多，码率越低，但画质也越差。

2.4 环路滤波

环路滤波是编码循环里的最后一步，但它的作用不可小觑。H.265 包含两种滤波器：

1. 去块效应滤波器（DBF, Deblocking Filter）： 平滑块边界，消除“方块效应”。
2. 样本自适应偏移（SAO, Sample Adaptive Offset）： 对像素值做精细补偿，减少振铃效应。

SAO 是 H.265 新增的。它把像素分成几类，然后对每一类加一个偏移量。这个偏移量虽然小，但对主观画质的提升很明显。

我个人的经验是，在低码率场景下，SAO 的作用尤其突出。如果你发现画面有“蚊子噪点”，可以试试调整 --sao 参数。默认是开启的，但有时候关闭 SAO 反而能保留更多纹理细节，这取决于你的目标码率。