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天地伟业:浅谈H.265在安防行业的应用前景

  

在安防监控行业的快速发展中,面对视频应用逐步向高分辨率、高帧率、高压缩率方向发展的趋势,当前普遍采用的H.264 视频压缩标准的局限性日益显现出来。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264,保留了原来的某些技术,同时对部分技术加以优化改良。新标准使用先进的技术用以改进码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,进而达到性能最佳化。目前安防行业中H.264算法的应用已十分普及,从H.264发展而来的H.265在系统兼容、升级、推广方面存在极大优势。相信不久的将来,H.265势必取代H.264,成为安防行业视频压缩的主流技术。


一安防对下一代视频编码技术的要求


1安防领域高清化必然的趋势

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,因此带宽相对不足的问题将长期存在。同时,随着视频内容的增长,存储成本会大大增加,因此安防监控领域对下一代编码算法的要求是在现有基础上进一步提高压缩比。

相对于标清视频,高清视频的信息量大为丰富,相应的对解码显示性能要求也大大提高。例如,目前主流的PC机可以轻松实现8路D1标清视频的解码显示,但若前端是1080P高清视频,只能勉强解码显示1路。对于大型视频监控平台,若全部使用高清视频,服务器解码压力会很大。因此,下一代视频压缩算法在解码能力上也需要做出优化。

2流媒体业务的应用

随着3G/4G无线通信技术在全球范围内的普及和商用,流媒体业务将作为一个重要方向在安防领域中推广。未来的视频监控业务和应用将呈现多样化,更可能是一种基于P2P或分布式的应用。随着监控领域的发展,各种用户终端都有连接监控视频的需要,如局域网监控网络带宽较为理想,用户希望浏览高质量的视频;而手机监控领域由于带宽有限,用户更看重的是低码率下的视频流畅性。如何适应这些不同的带宽环境也是高清监控设备需要解决的问题。因此,安防领域对下一代编码技术的要求,务必能够支持更好的网络适应性和差错健壮性。

总之,安防监控领域对下一代视频编码算法的要求就是:更高的压缩比、更快的处理速度、更好的适应性和健壮性。


二H.265算法优势1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(Transform Unit)、预测单元(Predict Unit)和编码单元(Coding Unit)。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。

2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(Adaptive Block-size Transform)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。

3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最佳的预测块。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%。

4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Entropy slice、WPP (Wavefront Parallel Processing)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中快速高效的实现产业化。

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在安防领域的应用前景1未来视频应用领域的主流地位

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这一目前最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1183 kbps,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全球第一款面向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。

2国内厂商积极推动

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在研发过程中,预计今年下半年开始会陆续投放市场。以天津天地伟业数码科技有限公司即将推出的Smart IPC为列,全面支持H.265算法,根据实测,H.265标准600k码率超过H264标准1M的效果,2M的H.265接近H.264标准5M码率的效果,也就是说,在相同的带宽条件,H.265将比现有的视频播放效果清晰度提高约一倍,无疑将会给高清监控市场带来一股新的浪潮。


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