H.265支撐超高清的未來
來源:數字音視工程網 編輯:追憶 2015-11-17 10:50:06 加入收藏 咨詢

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安防歷久彌新,是因為不斷在突破中尋找未來。當下安防,從高清到超高清,漸行漸近中,如何突破自身桎梏,成為行業思考。于是,我們將關注點指向——H.265。
H.265緣何出現
非常明確的是,H.265是實現超高清的關鍵性技術。該名詞全稱“高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding)”,主要研究內容包括:提高壓縮效率、提高錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低復雜度。旨在解決有限帶寬下傳輸更高質量的網絡高清視頻,僅需原先的一半帶寬即可播放相同質量的視頻。
那為什么H.265會出現,原因很簡單。十年前,隨著H.264標準的推出,視頻獲得上百倍的壓縮,這使得視頻內容以網絡化傳輸成為可能,同時隨著對更高圖像品質的訴求,要求視頻圖像達到720P/1080P分辨率,H.264編解碼技術推動高清網絡監控時代到來。由此可以看出,視頻碼流在視頻監控中起著至關重要的作用,決定著視頻監控系統的品質、成本和效率等等。當前視頻監控領域主流的編解碼標準是H.264和MPEG-4,并圍繞這這些編碼標準構建起成熟的產業鏈環境。
然而事過境遷,在當下安防大融合的潮流下,H.264也出現窘態。首先,現在80%產品采用H.264編碼,產品出現高碼流現象。目前高清網絡攝像機可以提供100萬、200萬、500萬甚至更高像素的視頻圖像,以1080P為例,在畫面流暢、畫質良好的情況下,碼流一般為6~8Mbit左右,如果一個系統中有幾百、上千個高清監控點,那么整個網絡的數據流就會相當的龐大。在網絡傳輸中可能同時有用作存儲的視頻流,有實時和回放查看的視頻流,有第三方系統需要調用的視頻流,這樣勢必會給網絡交換設備、服務器等造成非常大的壓力,甚至引發網絡崩潰,從而影響整個網絡的穩定性。因此,面對有限的網絡帶寬如何滿足龐大的數據流傳輸以及合理規劃視頻流的走向,已經成為高清監控必須要解決的首要問題。
其次,近年來“超高清”(3M、5M, 甚至4K)實時視頻監控概念和主題頻頻吸引著各大安防廠商的眼球,但2M全高清產品依然占據了絕大部分市場份額,并加速在市場上普及。因此,無論是從市場主流全高清(2M)產品,還是引流行業發展趨勢的“超高清”視角而言,有效解決實時全高清、超高清視頻碼流變大的問題都具有重大的意義。
最后,用戶在推動這個超高清市場。特別像平安城市、智能交通、智能樓宇等超大型項目,基于H.264編碼的1080P的圖像質量已經滿足不了客戶的需求,客戶希望以超清的圖像獲得業務更精確的管理和智能化與平臺化應用,超高清圖像的采集和存儲是實現前提。
由上不難發現,視頻監控應用不斷向高清晰度、高幀率、高壓縮率方向發展,H.265協議標準正是在這樣的背景下應運而生,并在2012年8月,H.265視頻編解碼標準草案正式獲得ITU組織的批準,吹響超高清時代的號角,以更低的技術成本,獲得更高的壓縮比率(壓縮率較H.264提升30~50%)和更好的圖像質量(高達7680X4320分辨率的圖像)。隨著安防產業的日益成熟,視頻監控過渡到超高清時代指日可待。
H.265應用價值
H.265標準是在H.264標準的基礎上發展起來的,結合H.264在視頻應用領域的主流地位,可以預見H.265協議在未來有廣大的發展前景。和H.264相比,H.265應用價值在于以下幾個方面:
1、高壓縮、編碼效率:
H.265先進畫面預測模式與精準編碼架構,將壓縮比提高至H.264的兩倍,達到400:1水準,可縮短50%視頻壓縮時間。 以編碼單位為例,H.264中每個宏塊(marcoblock,MB)大小都是固定的16x16像素,而H.265編碼單位可以動態選擇從最小8x8到最大64x64像素。 同時,H.265的幀內預測模式支持33種方向(H.264只支持8種),并且提供了更好的運動補償處理和矢量預測方法。
2、存儲的便捷
隨著用戶對監控視頻質量的要求越來越高,高清視頻在安防監控中的應用越來越普及,由此帶來了存儲成本與空間的急劇上升。與現在正在使用的H.264編碼技術相比,H.265的高壓縮率特性能夠節省一半左右的存儲空間,從而顯著降低了視頻的存儲成本。隨著半導體技術的發展,解決了H.265計算復雜度的瓶頸后,在超高清監控應用方面,就像H.264替換之前的MPEG-2一樣,H.265必然會替換現在的H.264技術。
此外,H.265在后端,可帶來更小的存儲容量。分辨率從CIF→D1→720p→1080p,最頭疼的就是數據量增加帶來的存儲問題。但是,如果采用H.265來降低碼流,一個本來只能容納1000個攝像機的存儲池,現在可以裝2000個,甚至更多,而不用增加存儲的成本。反之,如果攝像機清晰度、視場角是以前的幾倍,而存儲不變,這就為更高清提供了一種很好的解決方案。試想,用4K攝像機捕捉視頻,一個攝像機能覆蓋的區域可能是以前1080p的4倍,并且為更多的智能化分析提供了更好的保障。
3、信息共享效率提升
在大聯網的趨勢下,跨區域跨部門的信息共享變得尤為重要。當前各個業務部門的信息都有各自的情報來源,于是也就出現了,在一個路口安裝了多臺攝像機的情況,如此勢必造成龐大的冗余數據,信息共享無從談起。H.265不僅減輕了視頻情報的負重,更提升了視頻情報的質量。另外,由H.265帶來的更高清的好處,一個攝像機可照顧多項業務的應用需求,提升監控質量的同時,還能減少布點(相對傳統來說是覆蓋了更多區域),可以讓系統包含更豐富的視頻數據。如此一來,H.265很好地使各部門的情報去粗取精,減輕網絡負擔,有效提升了信息共享的效率。
4、高分辨率:
H.265標準支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清視頻。因此,H.265標準讓網絡視頻跟上了顯示屏“高分辨率化”的腳步、無論是運營成本還是用戶體驗都有很大提升。
5、用戶價值
相比H.264編碼算法,H.265編碼算法可以在維持畫質基本不變的條件下,讓數據傳輸帶寬減少至H.264的一半。 另一方面在相同體積、碼率的情況下,H.265比H.264畫質細膩度提升度一倍。
英飛拓端到端的H.265系統方案
技術的革新會帶來新的市場機遇,這必然會引發企業的爭相恐后,基于H.265超高清應用將在近幾年遍地開花。英飛拓,致力于為全世界帶來最好產品的上市企業,一直走在市場和技術前沿。針對超高清系統“碼流變大”的瓶頸,結合現有技術方案,他們推出了從前端攝像機系列到后端NVR設備系列、解碼器設備系列、中控管理軟件平臺一體的整個端到端H.265視頻監控系統。該解決方案具有幾個特點:
1、相比現有H.264 視頻監控系統,H.265視頻監控系統在同等畫質下,720P的碼流降低幅度約30%~40%、1080P和3 Mega 下約40%~50%,即可在相同圖像質量下節約一倍的視頻傳輸帶寬。此H.265視頻監控系統高效、可靠、穩定的解決了超高清視頻存儲時長、容量成本與“碼流變大”之間的矛盾,找到了系統平衡點。
2、前端攝像機內嵌H.265編碼的主芯片:相比采用獨立H.265編碼的DSP芯片方案,降低了攝像機的成本,簡化了攝像機系統程序復雜度,使之更加穩定,可靠。
3、H.265 編碼與光級低照度結合:前端IPC融合了H.265 編碼和星光級低照度兩大核心技術于一體, 推出了星光級H.265 系列攝像機,滿足了視頻監控系統發展趨勢,在星光級低照度和有限帶寬資源傳輸超高清的視頻。
4、全系統H. 265 視頻編碼,傳輸,解碼顯示:從前端H.265 攝像機系列,到后端H.265 NVR 存儲系列,H.265 解碼器系列和H.265 軟件管理平臺產品一體成型,搭建了整套支持H.265編碼的視頻監控系統,如下圖:
系統應用框圖
面對超高清視頻“碼流變大”的矛盾,高效壓縮、編碼算法也日新月異的不斷演進 ,從H.264逐步演變為如今影響整個視頻領域的H.265視頻編碼算法。
為解決視頻監控系統日益凸顯的這一“碼流變大” 技術瓶頸,安防視頻行業隨即出現了基于獨立H.265 編碼的DSP 芯片方案前端網絡攝像機。而英飛拓,提供端到端H.265系統解決方案,具有很好柔性,可以隨著用戶需求的變化而變,同時還具有很好迭代性,隨著用戶對超高清監控需求深入,很容易完成原有老系統的快速改變和提升。
結束語
超高清的未來,已來!而實現其解決之道也越發清晰,那就是以H.265支撐整個超高清系統來讓用戶暢游超清視界,這對于一個有使命的企業而言,能貢獻綿薄之力,是最為欣慰之事。
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