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视频监控行业编解码技术的发展

  

目前国内主流视频监控设备厂商如大华、海康、宇视、天地伟业等,从前端球机、枪机,到后端的NVR/ESS/EVS存储、矩阵等设备,普遍使...

  一、 编解码技术发展现状分析

  目前国内主流视频监控设备厂商如大华、海康、宇视、天地伟业等,从前端球机、枪机,到后端的NVR/ESS/EVS存储、矩阵等设备,普遍使用的是MPEG-4与H.264编解码技术,因为MPEG-4/H.264编码技术比较成熟,相应的编解码芯片厂商也较多,因此使用最为广泛,不同厂家设备之间的兼容性也好。但随着500W/800W/1200W等高清摄像机推广应用,网络传输带宽与录像存储空间却承受严峻的考验,优化算法,提高压缩效率,减少时延的需求使H.265编码技术标准应势而生,它将在未来逐步的被广泛使用。

  同时,由于H.264/H.265是ITU-T国际电联组织制定提出的一系列视频编码标准,是一个全世界公开的协议标准,为提高视频数据安全保密性,保障视频信息质量,由我国公安部第一研究所牵头组织,在现有视频编码标准技术的基础上,通过创新的技术改进和加密,形成了一套我国自有的安全防范监控数字视音频编解码技术标准,简称SVAC标准,它在政府类监控项目采购中率先推广应用。

  因此来说,在目前的视频监控行业领域,基本保持着MPEG-4/H.264为主,H.265/SVAC为辅的局面。

  二、 主要编解码技术的应用现状

  前文我们提过,在视频监控设备领域,目前主要采用的编解码标准为MPEG-4/H.264技术,当然,随着H.265芯片技术的不断成熟,凭借其更强的优越性能,将会逐步取代H.264并成为行业的主流应用技术。大安防系列化产品也就从前端、存储到解码会发生全面性的变化。下面我们将对目前主要的几种编解码技术的发展和应用做具体介绍。

  MPEG-4编码技术

  MPEG:Moving Pictures Experts Group动态图象专家组,是一个致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作的组织,MPEG-4是在MPEG-1、MPEG-2基础上发展而来,其中MPEG-1主要用于VCD的应用,MPEG-2主要用于广播电视和DVD等;MPEG4于2000年初正式成为国际标准。它是一个适用于低传输速率应用的方案。与MPEG-1和MPEG-2相比,MPEG-4更加注重多媒体系统的交互性和灵活性,表现的更为具体一点,那就是采用MPEG-1与MPEG-2标准压缩的视频文件体积很大,难以实现网络的实时传输。MPEG-4标准则是基于对象和内容的编码方式,和传统的图像帧编码方式不同,它只处理图像帧与帧之间的差异元素,抛弃相同图像元素,因此大大减少了合成多媒体文件的体积,从而以较小的文件体积同样可得到高清晰的还原图像。换句话说,相同的原始图像,MPEG-4编码标准具有更高的压缩比。

  视频监控的早期产品,如模拟摄像机、CVR/DVR、采用的就是MPEG-4编码技术。

  H.264编码技术

  H.264是ITU-T国际电联与ISO国际标准化组织联合制定的视频编解码技术标准,它同时也是MPEG-4标准的第十部分。H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率,在同等图像质量的条件下,H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。一个原始文件是102G大小的视频,经过H.264编码后变成了1个G,压缩比竟达到了102:1!H.264的低码率技术起到了至关重要的作用,在用户获得高质量流畅图像的同时,大大节省了下载时间和数据流量,也大大减少了图像存储空间。

  H.264是在MPEG-4技术的基础之上建立起来的,其编解码流程主要包括5个部分:帧间和帧内预测(Estimation)、变换(Transform)和反变换、量化(Quantization)和反量化、环路滤波(Loop Filter)、熵编码(Entropy Coding)。

  H.264编码标准在视频监控领域,是当下最流行使用的一种编解码技术。目前大大小小的视频监控设备厂家,都具备该标准的应用能力。

  在过去几年的发展中,高性能的DSP芯片对H.264标准的应用发挥了重要的贡献。DSP芯片,全称是数字信号处理器,是一种具有特殊结构的微处理器,它有处理能力强、开发周期短、用户开发自由度大等特点,被越来越多地应用于视频压缩领域。美国TI公司有很丰富的经验,是业界的领导者,产品系列有C20x,24×5x,54x,62x,64x定点DSP和C3x,4x,67xx等浮点DSP;同时intel公司也不断推出netra、baytrail系列解码芯片,海思最新的3536芯片,给后端的解码显示提供了有力的硬件支持。

  由于H.264的高压缩性能,目前市场上主流的视频监控设备基本采用的是H.264标准。

  H.265编码技术

  视频监控前端采集设备如网络摄像机的清晰度从100万、200万到300万、500万,鱼眼相机已经达到了800万、1200万像素,这意味着超高清时候一步步的向我们走来。在近一年的时间里,众多的显示屏设备厂商已经在极力的宣传4K超高清产品,如海信、三星、创维等。而在视频监控行业,众多业务知名安防厂商都已经推出了自己的4K产品,800万摄像机,4K采集、4K解码、4K电视墙产品,并能形成一整套的4K综合解决方案。

  超高清的体验,带来的却是传输和存储的强大挑战。举例来说,1路1080P@25fps的图像,裸数据传输的带宽大概需要1.4G,采用H.264编码后,可以得到6M或8M的码流;如果前端换成800万的网络摄像机,采用同样的压缩标准,那么码流大小至少20M以上,因此,需要一种更高压缩性能的图像压缩标准来节省用户的投资,同时获得高清晰的图像显示。

  H.265技术是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264,保留原来的某些技术,同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。H264由于算法优化,可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送;H265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P(分辨率1280*720)普通高清音视频传送。

  H.265旨在在有限带宽下传输更高质量的网络视频,仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频。H.265标准也同时支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清视频。可以说,H.265标准让网络视频跟上了显示屏"高分辨率化"的脚步。

  在今年的深圳安博会上,H.265技术的应用已经悄然兴起,从前端摄像机、到后端存储,从编码器到解码器、视频综合平台等设备,都已经打上了H.265的标记。各个参展厂家也在积极宣传推广自己的H.265技术产品,预计在未来的2年内,H.265又将成为视频监控设备的主流编解码技术。

  SVAC编码技术

                

 

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