H.265实现全国产化 安防新标准
- 来源：中国公共安全
- 2014/10/20 14:28:407638
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）