在IP大时代,看H.265的应用

2015-04-02 19:08:00来源: 安防知识网
    如今,“大融合”、 “大安防”、 “大集成”、 “大数据” 等关于“大”的词汇每天充斥着我们的耳朵。细细思量,可以发现它们之间是有紧密联系的,“大联网”是实现这一切的基础。在大联网时代,产品IP化已成必然趋势,IP化的种种优势已经开始大规模的应用,然而安防IP化的进程中也遇到过一些阻碍,比如编码效率如何更大提升,联网带宽如何降低,系统存储如何变得更小?在数字化时代,H.264给出了答案,但是随着高清的普及和更高清的到来,H.264对于编码效率的提升已经捉襟见肘。在IP大时代,更高清、大数据、大融合等都渴望有一种更加高效的编码技术,H.265标准无不符合安防发展的需要。且看,在IP大时代下H.265应用的深度意义。

  在IP大时代,更高的编码效率才是王道

  相比H.264,H.265提供了更多不同的工具来降低码率。举一个最典型的特点,H.265的编码单位可以选择从最小的8×8到最大的64×64。信息量不多的区域(颜色变化不明显,比如天空的灰色部分)划分的宏块较大,编码后的码字较少,而细节多的地方(细节变化较多,比如大楼部分)划分的宏块就相应的小和多一些,编码后的码字较多。这样就相当于对图像进行了有重点的编码,从而降低了整体的码率,编码效率就相应提高了。这个过程有点像“感兴趣区域编码”,针对重要的更多关键细节的部分进行增强划块,无更多关键细节的部分进行简单划块,这个过程在H.265上可以自适应识别实现。


H.264编码分开示意图

H.265编码分开示意图


  反复的比较测试已经表明,在相同的图像质量下,相比于H.264,通过H.265编码的视频码流大小比H.264减少大约39-44%。由于质量控制的测定方法不同,这个数据也会有相应的变化。以目前主流的分辨率为例,H.265在1080P分辨率下相比H.264码率降低40%~50%,在720P下相比降低30%~40%,这也就意味着,1080P全实时只需要1.5~2Mbps左右的码率。此外,随着分辨率的提升,H.265码率降低也会更多,多次测试表明,H.265在4K超高清分辨率下也可获得相比H.264降低50%~60%的码率。


720P各个编码器编码性能比较

各分辨率下H.265与H.264编码对比表

  H.265是IP大时代发展的需要

  在2000年前后,第一台DVR的问世,标志着视频监控从CCTV时代走向数字化时代。此后数字化的进程一发不可收拾,并直接促成了后来的网络化。到2007年,笔者公司推出了业界首台高清IPC,开启了视频监控网络化、高清化的序幕。2013年,笔者公司推出了全球首台Smart IPC,标志着视频监控正式步入了智能化时代。这一路走来,从产品形态、技术路线的演变上,我们可以清晰地看到一个主线——那就是IP化。与此同时,伴随着安防产品IP化的发展,视频编码技术也在不断的进步。

  视频编码技术在视频监控技术体系中的地位,相当于材料科学在航空技术体系中的地位一样,它是一门基础学科。这意味着两件事——第一,它的进展非常缓慢;第二,如果取得进展,那么将会带来革命性的变化。

  再梳理视频编码技术发展的脉络,可以发现一个现象:在安防监控的早期阶段,MPEG-1、MPEG-2等算法被引入安防监控领域,促使了安防数字化时代的到来。在数字化阶段后期,分别由两个组织推出了H.263和MPEG4-P2,但也造成了多种视频压缩标准充斥整个安防的局面。众所周知,标准建立的目的是树立一个通用规范,大家共同遵守,以节约资源、降低成本,然而标准越多就意味着没有共通的标准遵循;同时由于这些标准还不够完善,无法推动安防更好的网络化发展,标准急需统一和完善。H.264的出现结束了视频压缩多标准的时代,其在编码性能上的优势,使整个安防行业大步向网络化迈进。在2003年安防监控将H.264引入视频监控应用至今,已经超过十年。从最初的Basic Profile到今天的High Profile,H.264的编码效率潜力已经挖掘殆尽。今天必须用新的思路或新的技术来突破这个天花板。H.265就为当前的IP大时代提供了更好的答案,安防需要H.265编码技术来推动发展。

  H.265承载着IP大时代的多方面需求

  在IP大时代,我们更加注重安防大联网的深度挖掘,与多行业的深度融合,并向多领域发展。H.265的优势,不止于编码效率的提升,也不止于对超高清应用带来的意义,更多的在于H.265对安防监控应用带来的深度意义。

  首先,H.265是安防大联网应用的需要。在IP大时代,跨区域跨部门的信息共享变得尤为重要。当前各个业务部门的信息都有各自的情报来源,于是也就出现了,在一个路口安装了多台摄像机的情况,如此势必造成庞大的冗余数据,信息共享无从谈起。在H.265的推动下,超高清监控必将普及,一个摄像机可照顾多项业务的应用需求,提升监控质量的同时,还能减少布点,可以让系统包含更丰富的视频数据。上述现象也意味着,各行业的信息交互需求在安防领域中将愈加突出,视频作为数据量最大的非结构化信息之一,其压缩标准逐渐成为通用的基础定义,行业应用特征已经开始弱化,H.265的通用性可更好服务于各业务的融合和管理。

  其次,H.265是安防多行业深度融合的需要。在IP大时代,安防监控业务和应用将呈现多样化。在这一发展的过程中,安防网络可能会与通信网、广电网、互联网全面融合,原本的监控设备可能兼具视频通讯、影音娱乐、家庭数据中心等多种功能,难以将其明确归类到某种具体用途上。这种趋势现在已经越来越明显,而弱化了行业应用特征的H.265,将更富有竞争力。将H.265作为视频信息的基础标准,也将反过来促进各类专用网络的融合,共同完成信息标准化整合,并迈向物联网、大数据时代。与此同时,人们更加希望随时随地通过任何终端都能更便捷地获取所需内容与服务。H.265可促使视频内容的带宽进一步降低,运营商将获得所需的解决方案和网络灵活性,以经济高效地向用户提供真正的移动视频和多媒体体验。另外,借助于移动终端超高清显示屏发展的趋势,H.265的高压缩率特性,将进一步促使高清甚至超高清视频在4G网络下流畅传输的应用普及。

  最后,H.265是安防向多领域扩展的需要。在IP大时代,用户的形态正在增多。随着技术的发展和大众安全意识的提高,民用市场的安防需求日益增长。各种用户终端都有连接监控视频的需要,如局域网监控网络带宽较为理想,用户希望浏览高质量的视频;而**控领域由于带宽有限,用户更看重的是低码率下的视频流畅性。如何适应这些不同的带宽环境也是高清监控设备需要解决的问题。因此,安防领域对下一代编码技术的要求,务必能够支持更好的网络适应性。


  H.265有阻碍亦有突破

  H.265正在迈步走入安防行业,安防行业中的先进企业,还需要在多方面做更多努力。

  先是H.265的产品解决方案,目前H.265从芯片到产品均可实现全国产化,但是对于H.265产品的多样化应用还需要深入研究,特别是对安防监控系统前端采集、中间传输、后端存储、中心解码等一系列产品的实现与应用。再是H.265的系统方案,这里更多的是指文件封装层面的内容,也就涉及到各产品间的互联互通,H.265在安防中的大范围应用还是需要安防各企业的努力推动,比如推动GB/T 28181支持H.265标准。还有就是H.265的配套技术方案,H.265是当下最强视频压缩技术,但是安防企业还需要保证H.265“周边”应用系统的稳定运行,首当其冲的就是视频的加密,要求企业对安防系统的数据传输方式、权限管理方案、密码保护方法等都采取相应的措施。最后是技术应用过程中的民族企业的知识产权保护,从芯片实现到产品应用,安防企业在H.265的产业链上还将会有很多自主专利技术的应用,比如芯片算法对H.265的优化,产品实现对H.265的深入应用等。

  可喜的是,H.265是标准的、通用的、安全的,安防企业已经做好了充分的准备。

  从产业链应用层来看,H.265可以实现全国产化。在底层应用方面,国内部分方案提供商已经陆续推出了基于H.265编码算法的压缩芯片,而华为等中国企业拥有相当一部分H.265核心专利,是该标准的主导者之一。与此同时,国内的安防厂商也在积极地推动着H.265视频标准的发展,基于H.265方案的编解码设备陆续发布。再来看H.265的产品应用,目前国内安防厂家基本都具备了产品化的研发实力,各个安防厂家都相继推出了支持H.265的产品。所以说,不论从芯片还是到产品,H.265均可做到国产化。

  再来看安防行业最关注的信息安全问题,这就涉及到数据的加密。说到底,数据加密其实是和视频压缩标准不同范畴的两种技术。视频压缩标准的核心是用尽量少的数据量来精确定义所承载的视频信息,提高数据压缩性能,数据的安全性则由加密来保证。这一关系同样可以用字典文字来类比。采用不同的视频压缩算法,好比利用不同的字典来写文章。只要是“标准化”的字典或视频压缩标准,对信息的表述就必须有清晰的定义,好比中文和英文都能被人读懂,没有信息安全方面的差异。写出来的文字信息如果希望安全,则需要在存储或传输的时候进行加密,例如在传输信道上加密加扰,存储数据设置密码,控制访问权限等。同样的,视频监控的信息安全与否,取决于安防系统的数据传输方式、权限管理方案、密码保护方法,与视频压缩标准无关。在加密和标准层面上,目前国内大型安防厂家基本都已经具备了完善的安全加密实力。

  结语

  在IP大时代下,要求数据更加高效、准确, H.265成了IP大时代发展的必然需求。H.265最直观的优势在于,相对于现有视频编码技术在压缩效率上的大幅提升,但是H.265所承载的意义,并不止于视频码率的降低,更是对于安防大联网本身带来的深刻应用意义。从去年北京安博会来看,H.265已经走入安防。各企业纷纷发布H.265产品,以笔者公司为例,发布了从前端到传输、后端、中心解码等一整套H.265产品,H.265似乎就差大规模应用的铺开了。

  在IP大时代下,H.265将海量高清视频数据重新规整并“瘦身”,为安防迈入大数据时代提供了无限开阔的空间,助力安防大联网的发展,促进安防向多业务融合。当然,H.265的大规模应用还需要面对硬件限制、专利壁垒、标准联网等一系列问题,所幸经过各界的努力,H.265技术得以快速发展,市场普及蓄势待发。

关键字:应用

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2015/0402/article_8274.html
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