智慧城市网

登录

H.265实现全国产化 安防新标准

来源:中国公共安全
2014/10/20 14:28:407646
  【中国安防展览网 品牌专栏】近,“H.265”又成了安防界的热点话题。H.265标准自2013年被确认,到现在各大企业发布H.265产品,其发展趋势异常火热。究其原因,在于“高清”给现有视频压缩标准带来了越来越大的码流挑战,虽然很多安防厂家都祭出杀招,但4K高清的来袭汹汹,即使现有标准再怎么改头换面也显得愈发无能为力,此时,H.265编解码的发展变得越发重要,相信在不远的将来,支持H.265的产品将会大面积地推出,安防高清监控。
  
  一、“强”视频压缩标准
  
  H.265标准全称为视频编码(High Efficiency Video Coding),也即HEVC,相较于之前的H.264标准有了相当大的改善。
  
  H.265又何以让如此多的行业都青睐有加?故事开始还是需要从H.264说起,H.264也称作MPEG-4AVC(AdvancedVideoCodec,视频编码),因其可以得到比其他编码标准更高的视频质量和更低的码率,而得到了人们的认可,被广泛应用于网络流媒体数据、各种高清晰度电视广播以及卫星电视广播等领域。从编码框架上来说,H.265仍然沿用了H.264的混合编码框架,主要包含:帧内预测(intraprediction)、帧间预测(interprediction)、转换(transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblockingfilter)、熵编码(entropycoding)等模块。
  
  如今更高清发展愈演强烈,H.264也遇到了瓶颈。以编码单位来说,H.264中每个宏块(marcoblock,MB)大小都是固定的16x16像素。然而,在更高分辨率下,单个宏块所表示的图像内容信息大大减少,H.264所采用的宏块经过整数变换后,低频系数相似程度也大大提高,出现大量冗余,导致H.264编码对高清视频的压缩效率明显降低;其次,H.264算法宏块个数的爆发式增长,会导致每个编码宏块的预测模式、运动矢量、参考帧索引和量化级等宏块级参数信息占用更多码流资源,在有限带宽中,分配给真正描述图像内容的残差系数信息的可用带宽明显减少了;再有,由于分辨率的提高,表示同一个运动的运动矢量幅值也将大大增加,H.264编码方式的特点是数值越大使用的比特数越多,因此,随着运动矢量幅值的大幅增加,H.264中用来对运动矢量进行预测以及编码的压缩率也将逐渐降低。
  
  相比H.264,H.265提供了更多不同的工具来降低码率。H.265的编码单位可以选择从小的8x8到大的64x64。信息量不多的区域(颜色变化不明显,比如天空的灰色部分)划分的宏块较大,编码后的码字较少,而细节多的地方(细节变化较多,比如大楼部分)划分的宏块就相应的小和多一些,编码后的码字较多,这样就相当于对图像进行了有重点的编码,从而降低了整体的码率,编码效率就相应提高了。这个过程有点像“感兴趣区域编码”,针对重要的更多关键细节的部分进行增强划块,无更多关键细节的部分进行简单划块,但是这个过程在H.265上可以自适应识别实现。

  
  总结发现,H.265和H.264主要的技术区别如下:


  可以看到,H.265相比H.264主要的改变是采用了块的四叉树划分结构,采用了从64x64~8x8像素的自适应块划分,并基于这种块划分结构采用一系列自适应的预测和变换等编码技术。除此之外,还引入了全新的SAO(Sample Adaptive Offset)技术,SAO是一种参考帧补偿技术,从而提高帧间预测的准确度。同时,在并行实现方面,H.265也采用了WPP(Wavefront Parallel Processing)和Tile技术,能够充分发挥当前主流处理器的多核并行能力。这些新技术的应用,不但有效地提高压缩性能,也为各种处理器平台的有效实现扩展了空间。
  
  反复的比较测试已经表明,在相同的图象质量下,相比于H.264,通过H.265编码的视频码流大小比H.264减少大约39-44%。由于质量控制的测定方法不同,这个数据也会有相应的变化。以目前主流的分辨率为例,H.265在1080p分辨率下相比H.264码率降低40%~50%,在720p下相比降低30%~40%,这也就意味着,1080p全实时只需要1.5~2M左右的码率。如图3所示,图中横坐标表示码率,纵坐标表示PSNR(峰值信噪比),图像客观质量指标,各条曲线为各种常见的视频压缩标准。此外,随着分辨率的提升,H.265码率降低也会更多。如图4中,针对4K高清在行人、交通等场景下的测试也表明,H.265在4超高清分辨率下也可获得相比H.264降低50%~60%的码率。

    
  由此看来,无论在功能还是性能上,H.265都几乎对H.264有着全面性的进步,是针对当前视频压缩标准的全面超越,这也使得H.265*的成为了当下“强”视频压缩技术。
  
  二、H.265全国产化安防应用
  
  前面提到,如今安防走在更高清的路上,H.264等标准已经不再适用于更高清的安防规则了,安防需要有相比H.264更的视频压缩标准来进一步推动视频高清化的发展,H.265呼之欲出。作为新一代的视频压缩标准,H.265明显的特点是:压缩性能相比当前视频压缩标准H.264提升了一倍。当然,H.265的好处远不止4K更高清监控这么简单,举个例子,在平安城市中炙手可热的1080p全高清布控,H.264标准下1080p需要4M以上的码率来保证图像质量,若采用H.265视频压缩标准,则1080p仅需1~2M左右码流,而整个存储池就可以缩减为原来的一半,或者可以布控比原来多1倍以上的高清点位,又或者可以延长一倍以上的存储时间。
  
  说到这里,大家肯定会问,H.265能否具备民族化的产业应用和视频信息安全上的保证?由于安防行业的特殊性,这也是用户关心的两个方面。
  
  我们先来了解一下H.265应用到安防领域中各环节厂家起到的作用,可以用文字的发展应用来类比。前期是标准的制定,主要由JCT-VT主导,这个过程有点像字典的编写;然后芯片厂家使用H.265这本视频压缩标准字典,以不同的行文风格(芯片算法),写出一篇篇文章(压缩码流),这是实现层;到了应用层,更多的掌握在视频监控厂家手里,他们更多的作用是H.265文章的收集者,经过排版、优化做成各式书籍(产品),对外进行产品化销售。由标准组织ISO和电信联合会ITU联合小组JCT-VT*的H.265,集合了中美韩日等多国大学、企业、研究所等组织的技术力量,则可以视为目前定义、效率高的通用字典。
  
  从产业链应用层来看,H.265可以实现全国产化。在底层应用方面,国内部分方案提供商已经陆续推出了基于H.265编码算法的压缩芯片,而华为等中国企业拥有相当一部分H.265核心,是该标准的主导者之一,华为海思即将推出业界颗基于H.265标准的高清网络摄像机处理器Hi3516A。与此同时,国内的安防厂商也在积极地推动着H.265视频标准的发展,基于H.265方案的编解码设备陆续发布。再来看H.265的产品应用,目前国内安防厂家基本都具备了产品化的研发实力,包括以海康威视等企业为代表的厂家都相继推出了支持H.265的产品。所以说,不论从芯片还是到产品,H.265均可做到国产化。
  
  再来看安防行业关注的信息安全问题,这就涉及到数据的加密。说到底,数据加密其实是和视频压缩标准不同范畴的两种技术。视频压缩标准的核心是用尽量少的数据量来定义所承载的视频信息,提高数据压缩性能,数据的安全性则由加密来保证。这一关系同样可以用字典文字来类比。采用不同的视频压缩算法,好比利用不同的字典来写文章。只要是“标准化”的字典或视频压缩标准,对信息的表述就必须有清晰的定义,好比中文和英文都能被人读懂,没有信息安全方面的差异。写出来的文字信息如果希望安全,则需要在存储或传输的时候进行加密,例如在传输信道上加密加扰,存储数据设置密码,控制访问权限等。同样的,视频监控的信息安全与否,取决于安防系统的数据传输方式、权限管理方案、密码保护方法,与视频压缩标准无关。在加密和标准层面上,目前国内大型安防厂家基本都已经具备了完善的安全加密实力。举例来说,目前安防炙手可热的云储存技术,大家关心的问题也是信息安全问题,以海康威视为例,海康威视云储存就提供了可靠的安全加密保障,在很多项目上均有大规模运用。在很多平安城市级的项目中,数据安全更是人们关心的问题,目前主流的监控厂家均具备加密开发实力,并且这种加密机制也做得相当完善。
  
  三、H.265安防新标准
  
  从前面两个维度来看,华为海思等芯片企业、海康威视等安防企业,都在投入H.265的研究,从而极大推进了H.265在安防领域的应用,使得H.265具备了极大的国产化应用优势。同时,由于H.265标准是在H.264标准的基础之上逐步发展起来的,可向下兼容H.264,结合H.264在视频应用领域的主流地位可以预测出H.265标准在未来具有广大的发展前景。
  
  可以想象,在未来的很长一段时间里,H.265新标准必将安防的主流,H.265的民族化发展又恰好顺应了这一趋势。(文/海康威视 姚静)

上一篇:柳州内河帆船赛 厦门一路再创佳绩

下一篇:雅迅达2014数字安防联盟收官之站 太原盛况

相关资讯:

首页|导航|登录|关于本站|联系我们