如何最大效率利用傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間？根本上解決需要從視頻壓縮碼流入手，采用H.265技術(shù)的視頻壓縮比H.264提升30~50%，根據(jù)測(cè)算可能帶來(lái)的投資節(jié)省高達(dá)20%，甚是可觀。
視頻圖像信號(hào)的空間冗余度和時(shí)間冗余度很大，為消除這種冗余，降低視頻應(yīng)用門檻，提升用戶的感知體驗(yàn)，人類展開不懈的研究和探索。而由于編解碼算法復(fù)雜，為保證編碼圖像的通用性，相關(guān)國(guó)際組織基于最新的視頻編解碼研究成果制訂了圖像編碼系列標(biāo)準(zhǔn)，主要有ITU-T（國(guó)際電聯(lián)）的H系列圖像標(biāo)準(zhǔn)（H.261/263/264/265）和運(yùn)動(dòng)圖像專家組MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)（MPEG1/2/4）。在進(jìn)入21世紀(jì)以后，由于互聯(lián)網(wǎng)的崛起、三網(wǎng)融合趨勢(shì)加強(qiáng)等原因，兩大組織的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)逐步融合。
追本溯源，正是視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)視頻監(jiān)控走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，并將推動(dòng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)走向高清、超高清時(shí)代。通過(guò)視頻編解碼技術(shù)的革新發(fā)展歷程，我們完全可以洞悉視頻監(jiān)控的發(fā)展脈絡(luò)。在視頻非壓縮時(shí)代，一個(gè)低分辨率的視頻圖像都需要上百兆的帶寬，以數(shù)字化介質(zhì)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)化傳輸根本不現(xiàn)實(shí)的，那個(gè)時(shí)代視頻監(jiān)控只能以模擬形式存在。隨著MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的推出，視頻大小獲得數(shù)十倍的壓縮，使得視頻采用數(shù)字介質(zhì)記錄成為可能，但由于視頻傳輸仍占用過(guò)大帶寬，網(wǎng)絡(luò)化傳輸尚不現(xiàn)實(shí)。
近年來(lái)，隨著H.264標(biāo)準(zhǔn)的推出，視頻獲得上百倍的壓縮，這使得視頻內(nèi)容以網(wǎng)絡(luò)化傳輸成為可能，同時(shí)隨著對(duì)更高圖像品質(zhì)的訴求，要求視頻圖像達(dá)到720P/1080P分辨率，H.264編解碼技術(shù)推動(dòng)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控時(shí)代到來(lái)。人類對(duì)視頻圖像品質(zhì)的追求是永無(wú)止境的，2012年8月，H.265視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)草案正式獲得ITU組織的批準(zhǔn)，吹響超高清時(shí)代的號(hào)角，以更低的技術(shù)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(zhì)量(高達(dá)7680X4320分辨率的圖像)，隨著H.265產(chǎn)業(yè)鏈的日益成熟，視頻監(jiān)控過(guò)渡到超高清時(shí)代將是指日可待。
新一代視頻編解碼技術(shù)應(yīng)用展望
在IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，被攝物經(jīng)過(guò)鏡頭進(jìn)入到攝像機(jī)中，通過(guò)sensor把光轉(zhuǎn)化為可處理的電信號(hào)，再通過(guò)ISP功能模塊對(duì)圖像進(jìn)行處理校驗(yàn)，最后由編碼功能模塊進(jìn)行視頻壓縮處理，輸出視頻壓縮碼流。
經(jīng)過(guò)壓縮的碼流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，由后臺(tái)的視頻管理系統(tǒng)(VMS)或網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)(NVR)實(shí)現(xiàn)圖像的存儲(chǔ)和管理。需要上墻播放時(shí)，先通過(guò)解碼器進(jìn)行解碼，再在電視墻上實(shí)現(xiàn)圖像顯示。
由此可以看出，視頻碼流在視頻監(jiān)控中起著至關(guān)重要的作用，決定著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的品質(zhì)、成本和效率等等。當(dāng)前視頻監(jiān)控領(lǐng)域主流的編解碼標(biāo)準(zhǔn)是H.264和MPEG-4，并圍繞這這些編碼標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建起成熟的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境。
性價(jià)比越高的技術(shù)越有生命力。毋庸諱言，H.264是當(dāng)下性價(jià)比最高的編解碼技術(shù)，有權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，80%的視頻芯片支持H.264標(biāo)準(zhǔn)。視頻監(jiān)控在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代之后，特別是在當(dāng)前中國(guó)平安城市大聯(lián)網(wǎng)的背景之下，H.264的局限性也不斷凸顯。
第一，客戶不希望高碼流，帶來(lái)過(guò)高的建設(shè)成本。隨著高清在數(shù)碼領(lǐng)域的普及，視頻監(jiān)控客戶也希望享受高清的圖像品質(zhì)，而通用1080P的視頻圖像，往往占用6~10M的帶寬，這給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和系統(tǒng)建設(shè)帶來(lái)了成本的壓力。像華為基于自己視頻壓縮技術(shù)的積累，根據(jù)不同的拍攝場(chǎng)景，采用更高效的壓縮算法，采用同等畫質(zhì)的情況下，可以比業(yè)界低30%的碼流，這種技術(shù)對(duì)大型項(xiàng)目的建設(shè)是非常之有意義的。
第二，客戶已不滿足于高清，希望以超高清帶來(lái)業(yè)務(wù)決策高精確。隨著視頻監(jiān)控應(yīng)用的普及化，特別像交通和平安城市等領(lǐng)域，傳統(tǒng)1080P的圖像質(zhì)量已經(jīng)滿足不了客戶的需求，客戶希望以超清的圖像獲得業(yè)務(wù)更精確的管理，而同時(shí)要求帶來(lái)成本提升是可接受的。
客戶的需求一直是技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)力，面對(duì)視頻應(yīng)用不斷向高清晰度、高幀率、高壓縮率方向發(fā)展的趨勢(shì)，HEVC(H.265)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。這里我們展望下H.265給視頻監(jiān)控領(lǐng)域帶來(lái)的價(jià)值。
第一，更高壓縮比，降低端到端建設(shè)成本。網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的好處，攝像頭的可以無(wú)限遠(yuǎn)，而根據(jù)業(yè)界網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的建設(shè)模型，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備占據(jù)建設(shè)投資35~40%，已成為視頻監(jiān)控建設(shè)的重中之重，如何最大效率利用傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間，根本上解決需要從視頻壓縮碼流入手，采用H.265技術(shù)的視頻壓縮比H.264提升30~50%，根據(jù)測(cè)算可能帶來(lái)的投資節(jié)省高達(dá)20%，甚是可觀。
第二，更高清晰度，更精準(zhǔn)的業(yè)務(wù)判斷。在數(shù)碼消費(fèi)領(lǐng)域，1080P視頻已經(jīng)成為主流；視頻監(jiān)控領(lǐng)域1080P正在普及之中，但也有些客戶提出了4Kx2K、8Kx4K的數(shù)字視頻的需求。采用超高清的圖像，可以獲得更大視野范圍，更加清晰的圖像，為業(yè)務(wù)決策提供更精準(zhǔn)的依據(jù)。另外一方面，智能分析發(fā)展受制一個(gè)原因是圖像不夠清晰導(dǎo)致分析的誤判，采用更高的圖像質(zhì)量更容易獲得分析結(jié)果的準(zhǔn)確定。
H.265標(biāo)準(zhǔn)是在H.264標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，結(jié)合H.264在視頻應(yīng)用領(lǐng)域的主流地位可以預(yù)見H.265協(xié)議在未來(lái)廣大的發(fā)展前景。和H.264/AVC相比,在同等PSNR下可節(jié)省約40%的碼率，在同等的主觀質(zhì)量下，比H.264/AVC平均節(jié)省50%的碼率，是H.264/AVC的一半，對(duì)720P及以上的高清序列碼率節(jié)省尤為顯著。
結(jié)束語(yǔ)
華為從2006年開始面向新一代視頻編碼技術(shù)(HEVC)進(jìn)行技術(shù)研究，推動(dòng)HEVC標(biāo)準(zhǔn)制定，并在在HEVC中擁有多項(xiàng)專利技術(shù)，一舉改變了H.264/AVC及之前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中沒有中國(guó)自己的技術(shù)的歷史，使得中國(guó)本土公司在視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的專利技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。目前，華為技術(shù)有限公司已經(jīng)有數(shù)百人投入在HEVC的硬件和軟件編碼器的產(chǎn)品與技術(shù)開發(fā)上，計(jì)劃在2014年初推出支持H.265標(biāo)準(zhǔn)的視頻監(jiān)控產(chǎn)品。
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