H.265到底給安防行業(yè)帶來(lái)什么

　　一、H.265技術(shù)的發(fā)展

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和終端處理能力的不斷提高，安防領(lǐng)域高清化已經(jīng)成為必然的趨勢，720P、1080P視頻已廣泛普及，監控領(lǐng)域甚至已經(jīng)開(kāi)始出現4K高清視頻，由此帶來(lái)的視頻內容增長(cháng)速度遠遠快于網(wǎng)絡(luò )增長(cháng)速度，人們對目前廣泛使用的MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC等提出了新的要求。希望能夠提供高清、3D、移動(dòng)無(wú)線(xiàn)的應用。在對視頻體驗不斷升級的需求中，H.264/AVC視頻編碼標準也開(kāi)始在高分辨率視頻壓縮的應用中表現出不足，為此人們對更高性能的視頻編碼技術(shù)也開(kāi)始進(jìn)行更多的探究。

　　經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，運動(dòng)補償、變換、插值和熵編碼等技術(shù)都有了更新的研究成果，新一代視頻編碼標準的推出已經(jīng)有了成熟的技術(shù)基礎。2010年4月，由ISO/IEC和ITU-T再次聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻編碼組(JCT-VC)在德國德累斯頓召開(kāi)了第一次會(huì )議。會(huì )議確定了新一代視頻編碼標準的名稱(chēng)：HEVC(HighEfficiencyVideoCoding，高效率視頻編碼標準)，也就是H.265視頻壓縮標準，HEVC/H.265標準的核心目標是在H.264/AVC的基礎上，壓縮效率再提高一倍。

　　HEVC/H.265主要針對分辨率從320×240到7680×4320的視頻壓縮，相對于之前的視頻壓縮標準在高分辨率的視頻壓縮上有了較好的補充。HEVC/H.265沿襲了H.26x和MPEG系列基于塊的聯(lián)合預測熵編碼混合模型，采用了新的編碼基本單元結構，增強的運動(dòng)估計策略和提高運動(dòng)補償精度，獲得比當前的H.264/AVC標準更高的編碼性能和效率?？偟膩?lái)說(shuō)，在編碼性能方面，HEVC/H.265的目標是與H.264/AVC的HighProfile等級相比，編碼效率提高一倍，也就是在保證視頻圖像質(zhì)量相同的前提下，比特率降低50%。新一代高效視頻編碼標準HEVC/H.265的特點(diǎn)主要表現在以下幾個(gè)方面：

　　•壓縮效率更高，相對于H.264/AVC的高檔次，HEVC/H.265在視頻質(zhì)量相同的情況下，比特率更低。

　　•支持高分辨率、超高分辨率的視頻圖像格式。

　　•支持幀率在20~60幀/秒的視頻圖像編解碼，并像H.264/AVC一樣靈活，能支持高達172幀/秒的幀率。

　　•支持低延時(shí)編碼模式、全幀內編碼模式以及隨機接入編碼模式，同時(shí)支持并行編解碼。

　　•具有較好的網(wǎng)絡(luò )友好性和較強的網(wǎng)絡(luò )糾錯恢復功能，并能根據要求，較好地平衡復雜度、視頻質(zhì)量、壓縮效率、糾錯能力以及延時(shí)等各個(gè)方面。

　　二、H.265核心技術(shù)

　　作為下一代的視頻編碼標準,H.265的編碼架構大致上和H.264的架構相似。然而,相對于H.264,H.265標準在某些方面有了顯著(zhù)的改變。H.265的關(guān)鍵技術(shù)主要有:

　　簡(jiǎn)單靈巧的編碼結構：相對于H.264的4×4、8×8、16×16宏塊類(lèi)型，H.265引入了32×32、64×64甚至于128×128的宏塊，目的在于減少高清數字視頻的宏塊個(gè)數,減少用于描述宏塊內容的參數信息,以便于壓縮高分辨率的視頻。同時(shí),為了顯著(zhù)提升編碼效率,利用了更加靈活方便的編碼結構,包括變換單元(TransformUnit)、預測單元(PredictUnit)和編碼單元(CodingUnit)。三個(gè)單元間的相互分離,使得變換、預測和編碼間的處理環(huán)節更加靈活簡(jiǎn)便,同時(shí)也能夠使各個(gè)單元更好地做好各自的任務(wù)。

　　簡(jiǎn)單靈巧的塊結構RQT:RQT作為一種可自適應的變換技術(shù),這種理念推廣與延伸了H.264標準中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技術(shù)的發(fā)展。對于幀間編碼來(lái)說(shuō),它可以按照運動(dòng)補償塊的大小對相關(guān)變換塊的大小進(jìn)行自適應的調整;而對于幀內編碼來(lái)說(shuō),它能夠依據幀內預測殘差的特性對相關(guān)變換塊的大小進(jìn)行自適應的調整。較大的塊變換相對于較小的塊變換,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圖像細節,H.265依據當前塊信號的特性,變換塊的大小可以進(jìn)行自適應的選擇。

　　使用新的MV(運動(dòng)矢量)預測方式。區別于H.264基于空間域的運動(dòng)矢量預測方式，H.265擴充更加多的方向進(jìn)行幀內預測，同時(shí)將預測塊的集合由原來(lái)的空間域擴展到時(shí)間域及空時(shí)混合域，通過(guò)率失真準則計算后選擇最佳的預測塊。使用這一方法，在基本模式下測試，在與H.264相同質(zhì)量的情況下，得到平均為6.1%的壓縮增益，復雜圖像的壓縮增益甚至能提高到20%。

　　更多的考慮并行化設計。當前芯片架構已經(jīng)從單核性能逐漸往多核并行方向發(fā)展，H.265引入了Entropyslice、WPP(WavefrontParallelProcessing)等并行運算思路，使用并行度更高的編碼算法，更有利于H.265在GPU/DSP/FPGA/ASIC等并行化程度非常高的CPU中快速高效的實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。

　　此外，H.265中還有諸如多描述編碼、采樣點(diǎn)自適應偏移、1/8像素插值編碼、自適應環(huán)路濾波等等諸多技術(shù)亮點(diǎn)，使得H.265在壓縮效率、并行處理能力和網(wǎng)絡(luò )適應性方面比H.264有極大的進(jìn)步。

　　三、H.265給安防行業(yè)帶來(lái)新機遇

　　目前,國外的一些主要編解碼設備廠(chǎng)商一直在積極參與H.265標準的研究當中。高通公司就是H.265標準的推動(dòng)者之一,在巴塞羅那的MWC大會(huì )上,高通展示了下一代視頻編碼標準H.264繼任者H.265的效果。高通演示的H.265視頻對比對象為同一片源的H.264,在PSNR這一目前最廣泛使用的客觀(guān)評價(jià)標準類(lèi)似的情況下(H.265為39.72,H.264為39.65,分辨率同為800*480),H.265視頻的碼率為610kbps,文件大小3.10MB;而H.264視頻的碼率達到了1183kbps,文件大小也有6.01MB。從高通工作人員介紹中可知,H.265標準可比H.264標準節省40%~45%的碼率。近期,日本廣播公司NHK、三菱電機又宣布已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了全球第一款面向8K超高清視頻的H.265格式的實(shí)時(shí)硬件編碼器,所記錄視頻的清晰度可達1080p的十六倍。

　　與此同時(shí),國內的安防廠(chǎng)商也在積極地推動(dòng)著(zhù)H.265視頻標準的發(fā)展。方案提供商已經(jīng)陸續推出了基于H.265編碼算法的壓縮芯片，幾大安防廠(chǎng)商也已及時(shí)跟進(jìn)，基于H.265方案的編解碼設備已陸續投放市場(chǎng)。從市場(chǎng)表現來(lái)看，H.265技術(shù)給安防行業(yè)帶來(lái)了很多新的機遇。

　　更經(jīng)濟：H.265技術(shù)在碼率上進(jìn)行了深度優(yōu)化，同等畫(huà)質(zhì)下，可以比H。264節省近50%碼率，這將使存儲成本大大降低。我們來(lái)對比一下H.264和H.265百路1080P視頻一個(gè)月的存儲成本，以H.264的4M碼率為例：

　　H.2641080PH.2651080P

　　碼率4Mbps2Mbps

　　單路月磁盤(pán)空間4*8*24*30*102481024=1.24T2*8*24*30*102481024=0.62T

　　百路月存儲空間124T62T

　　磁盤(pán)成本約3.1萬(wàn)元約1.5萬(wàn)元

　　對于100路視頻，H265要比H.264少用約62T磁盤(pán)空間，以4T硬盤(pán)為例，可以節省平均15.5塊硬盤(pán)，約合1.5萬(wàn)元，成本優(yōu)勢顯而易見(jiàn)。

　　更清晰：安防領(lǐng)域高清化已經(jīng)成為必然趨勢，720P、1080P視頻已廣泛普及，而4K、8K超清視頻也已開(kāi)始出現。高分辨率帶來(lái)的視頻信息量的增長(cháng)遠比網(wǎng)絡(luò )帶寬增長(cháng)速度快。H.265編碼可以彌補網(wǎng)絡(luò )帶寬的限制，讓超清視頻輕松傳輸，在同等帶寬條件下，H.265可將原有畫(huà)質(zhì)提升50%，增強用戶(hù)的視覺(jué)體驗。

　　更智能：支持H.265的編解碼芯片比傳統監控芯片更為強大，基于這些芯片可擴展更多的智能分析應用。以天地偉業(yè)推出的300W像素H265相機為例，內部集成了拌線(xiàn)、周界、物品遺留值崗、人臉檢測、人群聚集、音視頻異常診斷等多種智能分析算法，H.265+智能分析，讓您的監控更輕松。

　　四、結語(yǔ)

　　H.265以其更高的壓縮比、更快的處理速度、更好的適應性和健壯性，在安防監控領(lǐng)域得到迅速的發(fā)展和推廣，相信在不久的將來(lái)，H.265一定能以其先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢，給安防行業(yè)帶來(lái)更多新的機遇。