H.265为安防带来新机遇 其发展及核心技术浅析
- 来源：电子产品世界
- 2015/7/3 8:43:3711975
一、H.265技术的发展
随着网络技术和终端处理能力的不断提高，安防领域高清化已经成为必然的趋势，720P、1080P视频已广泛普及，监控领域甚至已经开始出现4K高清视频，由此带来的视频内容增长速度远远快于网络增长速度，人们对目前广泛使用的MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC等提出了新的要求。希望能够提供高清、3D、移动无线的应用。在对视频体验不断升级的需求中，H.264/AVC视频编码标准也开始在高分辨率视频压缩的应用中表现出不足，为此人们对更高性能的视频编码技术也开始进行更多的探究。
经过几年的发展，运动补偿、变换、插值和熵编码等技术都有了更新的研究成果，新一代视频编码标准的推出已经有了成熟的技术基础。2010年4月，由ISO/IEC和ITU-T再次联合组成的联合视频编码组(JCT-VC)在德国德累斯顿召开了次会议。会议确定了新一代视频编码标准的名称：HEVC(HighEfficiencyVideoCoding，率视频编码标准)，也就是H.265视频压缩标准，HEVC/H.265标准的核心目标是在H.264/AVC的基础上，压缩效率再提高一倍。
HEVC/H.265主要针对分辨率从320×240到7680×4320的视频压缩，相对于之前的视频压缩标准在高分辨率的视频压缩上有了较好的补充。HEVC/H.265沿袭了H.26x和MPEG系列基于块的联合预测熵编码混合模型，采用了新的编码基本单元结构，增强的运动估计策略和提高运动补偿精度，获得比当前的H.264/AVC标准更高的编码性能和效率。总的来说，在编码性能方面，HEVC/H.265的目标是与H.264/AVC的HighProfile等级相比，编码效率提高一倍，也就是在保证视频图像质量相同的前提下，比特率降低50%。新一代视频编码标准HEVC/H.265的特点主要表现在以下几个方面：
•压缩效率更高，相对于H.264/AVC的次，HEVC/H.265在视频质量相同的情况下，比特率更低。
•支持高分辨率、超高分辨率的视频图像格式。
•支持帧率在20~60帧/秒的视频图像编解码，并像H.264/AVC一样灵活，能支持高达172帧/秒的帧率。
•支持低延时编码模式、全帧内编码模式以及随机接入编码模式，同时支持并行编解码。
•具有较好的网络友好性和较强的网络纠错恢复功能，并能根据要求，较好地平衡复杂度、视频质量、压缩效率、纠错能力以及延时等各个方面。
二、H.265核心技术
作为下一代的视频编码标准，H.265的编码架构大致上和H.264的架构相似。然而，相对于H.264，H.265标准在某些方面有了显著的改变。H.265的关键技术主要有:
简单灵巧的编码结构：相对于H.264的4×4、8×8、16×16宏块类型，H.265引入了32×32、64×64甚至于128×128的宏块，目的在于减少高清数字视频的宏块个数，减少用于描述宏块内容的参数信息，以便于压缩高分辨率的视频。同时，为了显著提升编码效率，利用了更加灵活方便的编码结构，包括变换单元(TransformUnit)、预测单元(PredictUnit)和编码单元(CodingUnit)。三个单元间的相互分离，使得变换、预测和编码间的处理环节更加灵活简便，同时也能够使各个单元更好地做好各自的任务。
简单灵巧的块结构RQT:RQT作为一种可自适应的变换技术，这种理念推广与延伸了H.264标准中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技术的发展。对于帧间编码来说，它可以按照运动补偿块的大小对相关变换块的大小进行自适应的调整;而对于帧内编码来说，它能够依据帧内预测残差的特性对相关变换块的大小进行自适应的调整。较大的块变换相对于较小的块变换，一是可以更好地集中能量，并且在量化之后可以留有更多的图像细节，H.265依据当前块信号的特性，变换块的大小可以进行自适应的选择。
使用新的MV(运动矢量)预测方式。区别于H.264基于空间域的运动矢量预测方式，H.265扩充更加多的方向进行帧内预测，同时将预测块的集合由原来的空间域扩展到时间域及空时混合域，通过率失真准则计算后选择佳的预测块。使用这一方法，在基本模式下测试，在与H.264相同质量的情况下，得到平均为6.1%的压缩增益，复杂图像的压缩增益甚至能提高到20%。
更多的考虑并行化设计。当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展，H.265引入了Entropyslice、WPP(WavefrontParallelProcessing)等并行运算思路，使用并行度更高的编码算法，更有利于H.265在GPU/DSP/FPGA/ASIC等并行化程度非常高的CPU中快速的实现产业化。
此外，H.265中还有诸如多描述编码、采样点自适应偏移、1/8像素插值编码、自适应环路滤波等等诸多技术亮点，使得H.265在压缩效率、并行处理能力和网络适应性方面比H.264有极大的进步。
三、H.265给安防行业带来新机遇
目前，国外的一些主要编解码设备厂商一直在积极参与H.265标准的研究当中。高通公司就是H.265标准的推动者之一，在巴塞罗那的MWC大会上，高通展示了下一代视频编码标准H.264继任者H.265的效果。高通演示的H.265视频对比对象为同一片源的H.264，在PSNR这一目前广泛使用的客观评价标准类似的情况下(H.265为39.72，H.264为39.65，分辨率同为800*480)，H.265视频的码率为610kbps，文件大小3.10MB;而H.264视频的码率达到了1183kbps，文件大小也有6.01MB。从高通工作人员介绍中可知，H.265标准可比H.264标准节省40%~45%的码率。近期，日本广播公司NHK、三菱电机又宣布已经成功开发了款面向8K超高清视频的H.265格式的实时硬件编码器，所记录视频的清晰度可达1080p的十六倍。
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。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，几大安防厂商也已及时跟进，基于H.265方案的编解码设备已陆续投放市场。从市场表现来看，H.265技术给安防行业带来了很多新的机遇。
更经济：H.265技术在码率上进行了深度优化，同等画质下，可以比H。264节省近50%码率，这将使存储成本大大降低。我们来对比一下H.264和H.265百路1080P视频一个月的存储成本，以H.264的4M码率为例：
| H.264 1080P | H.265 1080P | |
| 码率 | 4Mbps | 2Mbps |
| 单路月磁盘空间 | 4*8*24*30*102481024=1.24T | 2*8*24*30*102481024=0.62T |
| 百路月存储空间 | 124T | 62T |
| 磁盘成本 | 约3.1万元 | 约1.5万元 |
对于100路视频，H265要比H.264少用约62T磁盘空间，以4T硬盘为例，可以节省平均15.5块硬盘，约合1.5万元，成本优势显而易见。
更清晰：安防领域高清化已经成为必然趋势，720P、1080P视频已广泛普及，而4K、8K超清视频也已开始出现。高分辨率带来的视频信息量的增长远比网络带宽增长速度快。H.265编码可以弥补网络带宽的限制，让超清视频轻松传输，在同等带宽条件下，H.265可将原有画质提升50%，增强用户的视觉体验。
更智能：支持H.265的编解码芯片比传统监控芯片更为强大，基于这些芯片可扩展更多的智能分析应用。以天地伟业推出的300W像素H265相机为例，内部集成了拌线、周界、物品值岗、人脸检测、人群聚集、音视频异常诊断等多种智能分析算法，H.265 智能分析，让您的监控更轻松。
四、结语
H.265以其更高的压缩比、更快的处理速度、更好的适应性和健壮性，在安防监控领域得到迅速的发展和推广，相信在不久的将来，H.265一定能以其先进的技术优势，给安防行业带来更多新的机遇。