安防網訊 一H.265技術的發展

隨著網絡技術和終端處理能力的不斷提高安防領域高清化已經成為必然的趨勢720P1080P視頻已廣泛普及監控領域甚至已經開始出現4K高清視頻由此帶來的視頻內容增長速度遠遠快于網絡增長速度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移動無線的應用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也開始進行更多的探究

經過幾年的發展運動補償變換插值和熵編碼等技術都有了更新的研究成果新一代視頻編碼標準的推出已經有了成熟的技術基礎2010年4月由ISO/IEC和ITU-T再次聯合組成的聯合視頻編碼組JCT-VC在德國德累斯頓召開了第一次會議會議確定了新一代視頻編碼標準的名稱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增強的運動估計策略和提高運動補償精度獲得比當前的H.264/AVC標準更高的編碼性能和效率總的來說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的特點主要表現在以下幾個方面

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

支持低延時編碼模式全幀內編碼模式以及隨機接入編碼模式同時支持并行編解碼

具有較好的網絡友好性和較強的網絡糾錯恢復功能并能根據要求較好地平衡復雜度視頻質量壓縮效率糾錯能力以及延時等各個方面

二H.265核心技術

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的改變H.265的關鍵技術主要有:

簡單靈巧的編碼結構相對于H.264的4×48×816×16宏塊類型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,為了顯著提升編碼效率,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三個單元間的相互分離,使得變換預測和編碼間的處理環節更加靈活簡便,同時也能夠使各個單元更好地做好各自的任務

簡單靈巧的塊結構RQT:RQT作為一種可自適應的變換技術,這種理念推廣與延伸了H.264標準中ABTAdaptiveBlock-sizeTransform技術的發展對于幀間編碼來說,它可以按照運動補償塊的大小對相關變換塊的大小進行自適應的調整;而對于幀內編碼來說,它能夠依據幀內預測殘差的特性對相關變換塊的大小進行自適應的調整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行自適應的選擇 ｜

使用新的MV運動矢量預測方式區別于H.264基于空間域的運動矢量預測方式H.265擴充更加多的方向進行幀內預測同時將預測塊的集合由原來的空間域擴展到時間域及空時混合域通過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當前芯片架構已經從單核性能逐漸往多核并行方向發展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中快速高效的實現產業化

此外H.265中還有諸如多描述編碼采樣點自適應偏移1/8像素插值編碼自適應環路濾波等等諸多技術亮點使得H.265在壓縮效率并行處理能力和網絡適應性方面比H.264有極大的進步

三H.265給安防行業帶來新機遇

目前,國外的一些主要編解碼設備廠商一直在積極參與H.265標準的研究當中高通公司就是H.265標準的推動者之一,在巴塞羅那的MWC大會上,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評價標準類似的情況下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成功開發了全球第一款面向8K超高清視頻的H.265格式的實時硬件編碼器,所記錄視頻的清晰度可達1080p的十六倍

與此同時,國內的安防廠商也在積極地推動著H.265視頻標準的發展方案提供商已經陸續推出了基于H.265編碼算法的壓縮芯片幾大安防廠商也已及時跟進基于H.265方案的編解碼設備已陸續投放市場從市場表現來看H.265技術給安防行業帶來了很多新的機遇

更經濟H.265技術在碼率上進行了深度優化同等畫質下可以比H264節省近50%碼率這將使存儲成本大大降低我們來對比一下H.264和H.265百路1080P視頻一個月的存儲成本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

磁盤成本約3.1萬元約1.5萬元

對于100路視頻H265要比H.264少用約62T磁盤空間以4T硬盤為例可以節省平均15.5塊硬盤約合1.5萬元成本優勢顯而易見

更清晰安防領域高清化已經成為必然趨勢720P1080P視頻已廣泛普及而4K8K超清視頻也已開始出現高分辨率帶來的視頻信息量的增長遠比網絡帶寬增長速度快H.265編碼可以彌補網絡帶寬的限制讓超清視頻輕松傳輸在同等帶寬條件下H.265可將原有畫質提升50%增強用戶的視覺體驗

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以天地偉業推出的300W像素H265相機為例內部集成了拌線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

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在安防監控領域得到迅速的發展和推廣相信在不久的將來H.265一定能以其先進的技術優勢給安防行業帶來更多新的機遇