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(shì)，720P、1080P視頻已廣泛普及，監(jiān)控領(lǐng)域甚至已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)4K高清視頻，由此帶來(lái)的視頻內(nèi)容增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)速度，人們對(duì)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)線的應(yīng)用。在對(duì)視頻體驗(yàn)不斷升級(jí)的需求中，H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)也開(kāi)始在高分辨率視頻壓縮的應(yīng)用中表現(xiàn)出不足，為此人們對(duì)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)的推出已經(jīng)有了成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。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(guó)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(biāo)準(zhǔn)的名稱(chēng)：HEVC(HighEfficiencyVideoCoding，高效率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn))，也就是H.265視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)的核心目標(biāo)是在H.264/AVC的基礎(chǔ)上，壓縮效率再提高一倍。

　　HEVC/H.265主要針對(duì)分辨率從320×240到7680×4320的視頻壓縮，相對(duì)于之前的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)在高分辨率的視頻壓縮上有了較好的補(bǔ)充。HEVC/H.265沿襲了H.26x和MPEG系列基于塊的聯(lián)合預(yù)測(cè)熵編碼混合模型，采用了新的編碼基本單元結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)策略和提高運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償精度，獲得比當(dāng)前的H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)更高的編碼性能和效率。總的來(lái)說(shuō)，在編碼性能方面，HEVC/H.265的目標(biāo)是與H.264/AVC的HighProfile等級(jí)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(biāo)準(zhǔn)HEVC/H.265的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　•壓縮效率更高，相對(duì)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(dá)172幀/秒的幀率。

　　•支持低延時(shí)編碼模式、全幀內(nèi)編碼模式以及隨機(jī)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(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)糾錯(cuò)恢復(fù)功能，并能根據(jù)要求，較好地平衡復(fù)雜度、視頻質(zhì)量、壓縮效率、糾錯(cuò)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(biāo)準(zhǔn),H.265的編碼架構(gòu)大致上和H.264的架構(gòu)相似。然而,相對(duì)于H.264,H.265標(biāo)準(zhǔn)在某些方面有了顯著的改變。H.265的關(guān)鍵技術(shù)主要有:

　　簡(jiǎn)單靈巧的編碼結(jié)構(gòu)：相對(duì)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(shù)字視頻的宏塊個(gè)數(shù),減少用于描述宏塊內(nèi)容的參數(shù)信息,以便于壓縮高分辨率的視頻。同時(shí),為了顯著提升編碼效率,利用了更加靈活方便的編碼結(jié)構(gòu),包括變換單元(TransformUnit)、預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)和編碼間的處理環(huán)節(jié)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(jié)構(gòu)RQT:RQT作為一種可自適應(yīng)的變換技術(shù),這種理念推廣與延伸了H.264標(biāo)準(zhǔn)中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于幀間編碼來(lái)說(shuō),它可以按照運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊的大小對(duì)相關(guān)變換塊的大小進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整;而對(duì)于幀內(nèi)編碼來(lái)說(shuō),它能夠依據(jù)幀內(nèi)預(yù)測(cè)殘差的特性對(duì)相關(guān)變換塊的大小進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。較大的塊變換相對(duì)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(xì)節(jié),H.265依據(jù)當(dāng)前塊信號(hào)的特性,變換塊的大小可以進(jìn)行自適應(yīng)的選擇。

　　使用新的MV(運(yùn)動(dòng)矢量)預(yù)測(cè)方式。區(qū)別于H.264基于空間域的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)方式，H.265擴(kuò)充更加多的方向進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)，同時(shí)將預(yù)測(cè)塊的集合由原來(lái)的空間域擴(kuò)展到時(shí)間域及空時(shí)混合域，通過(guò)率失真準(zhǔn)則計(jì)算后選擇最佳的預(yù)測(cè)塊。使用這一方法，在基本模式下測(cè)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(fù)雜圖像的壓縮增益甚至能提高到20%。

　　更多的考慮并行化設(shè)計(jì)。當(dāng)前芯片架構(gòu)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(yùn)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(xiàn)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(yīng)偏移、1/8像素插值編碼、自適應(yīng)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(yīng)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(jī)遇

　　目前,國(guó)外的一些主要編解碼設(shè)備廠商一直在積極參與H.265標(biāo)準(zhǔn)的研究當(dāng)中。高通公司就是H.265標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)H.264繼任者H.265的效果。高通演示的H.265視頻對(duì)比對(duì)象為同一片源的H.264,在PSNR這一目前最廣泛使用的客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)可比H.264標(biāo)準(zhǔn)節(jié)省40%~45%的碼率。近期,日本廣播公司NHK、三菱電機(jī)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(dá)1080p的十六倍。

　　與此同時(shí),國(guó)內(nèi)的安防廠商也在積極地推動(dòng)著H.265視頻標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。方案提供商已經(jīng)陸續(xù)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(shí)跟進(jìn)，基于H.265方案的編解碼設(shè)備已陸續(xù)投放市場(chǎng)。從市場(chǎng)表現(xiàn)來(lái)看，H.265技術(shù)給安防行業(yè)帶來(lái)了很多新的機(jī)遇。

　　更經(jīng)濟(jì)：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(jié)省近50%碼率，這將使存儲(chǔ)成本大大降低。我們來(lái)對(duì)比一下H.264和H.265百路1080P視頻一個(gè)月的存儲(chǔ)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(chǔ)空間124T62T

　　磁盤(pán)成本約3.1萬(wàn)元約1.5萬(wàn)元

　　對(duì)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(jié)省平均15.5塊硬盤(pán)，約合1.5萬(wàn)元，成本優(yōu)勢(shì)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(shì)，720P、1080P視頻已廣泛普及，而4K、8K超清視頻也已開(kāi)始出現(xiàn)。高分辨率帶來(lái)的視頻信息量的增長(zhǎng)遠(yuǎn)比網(wǎng)絡(luò)帶寬增長(zhǎng)速度快。H.265編碼可以彌補(bǔ)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(qiáng)用戶(hù)的視覺(jué)體驗(yàn)。

　　更智能：支持H.265的編解碼芯片比傳統(tǒng)監(jiān)控芯片更為強(qiáng)大，基于這些芯片可擴(kuò)展更多的智能分析應(yīng)用。以天地偉業(yè)推出的300W像素H265相機(jī)為例，內(nèi)部集成了拌線、周界、物品遺留值崗、人臉檢測(cè)、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(jiān)控更輕松。

　　H.265以其更高的壓縮比、更快的處理速度、更好的適應(yīng)性和健壯性，在安防監(jiān)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(shì)，給安防行業(yè)帶來(lái)更多新的機(jī)遇。