眾所周知，高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是視頻監(jiān)控發(fā)展的趨勢。當前整個安防行業(yè)的發(fā)展，無論是在行業(yè)項目如平安城市、交通、銀行、公檢法司系統(tǒng)等行業(yè)系統(tǒng)，還是在民用系統(tǒng)如社區(qū)、樓宇、家庭看護等，都逐步邁入了高清時代，并且向高分辨率持續(xù)升級。高清視頻監(jiān)控在向著高清化、網(wǎng)絡(luò)化持續(xù)升級的同時，也面臨著兩個最主要的問題：
網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬問題
目前高清網(wǎng)絡(luò)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(zhì)良好的情況下，碼流一般為6~8Mbit左右，如果一個系統(tǒng)中有幾百、上千個高清監(jiān)控點，那么整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流就會相當?shù)凝嫶�。在網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)需要調(diào)用的視頻流，這樣勢必會給網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、服務(wù)器等造成非常大的壓力，甚至引發(fā)網(wǎng)絡(luò)崩潰，從而影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。因此，面對有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬如何滿足龐大的數(shù)據(jù)流傳輸以及合理規(guī)劃視頻流的走向，已經(jīng)成為高清監(jiān)控必須要解決的首要問題。
海量數(shù)據(jù)存儲問題
高清視頻的存儲會給存儲設(shè)備帶來非常大的壓力，除了高碼流會消耗更大的存儲空間外，對存儲設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、安全性也提出了更高的要求，如果存儲設(shè)備性能不足，將會影響視頻數(shù)據(jù)的正常寫入。
有沒有一種方案，既大幅降低碼流，又保證高質(zhì)量的圖像畫質(zhì)呢？答案是采用更先進的視頻編碼技術(shù)H.265/HEVC。與H.264/AVC相比，H.265/HEVC的最大本領(lǐng)是可以在維持畫質(zhì)基本不變的前提下，讓數(shù)據(jù)傳輸帶寬縮減至H.264/AVC的一半。同時其還支持最高為7680×4320的分辨率，因此不管是以后的4K或者是更高級別的超高清視頻，我們同樣可以通過H.265/HEVC格式進行編碼。
H.265/HEVC的前世今生
2003年前后，ITU-T VCEG(視頻編碼專家組)就啟動了名為NGVC(Next-Generation Video Coding)的“探索”工程，其目的即在研究壓縮性能超過H.264/AVC的“下一代視頻編碼”方案。但遺憾的是，H.264/AVC已經(jīng)代表了當時最高水準的視頻壓縮技術(shù)，所以幾經(jīng)努力但收效甚微。
2005年前后，基于H.264/AVC的各種改進方案被搜集起來，并組成了一個名為KTA(Key Technical Areas)的編碼器。KTA算是“下一代視頻編碼”方案的一個雛形，并在隨后的幾年時間內(nèi)不斷沉淀各種改良算法。2009年6月，在MPEG舉行的call-for-evidence活動中，歷經(jīng)6年錘煉的KTA被證明：針對高分辨率的視頻源，KTA能夠?qū).264/AVC的壓縮性能提高約30%。
2010年1月，被“30%提升”激勵的委員們終于挺直腰桿宣布組建聯(lián)合工作組，此次的名號是JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)，同時向全世界征集編碼方案。這種儀式感極強的動作有個術(shù)語，稱為CFP(Call for Proposals)。同年4月，JCT-VC舉行了第一次工作組會議，共27份編碼方案參與了激烈的角逐。為了全面評估這些編碼方案，JCT-VC共指定了5類測試視頻源，涵蓋了從WQVGA到720P/1080P HD直至Ultra HD在內(nèi)的各種圖像分辨率以及各種典型的圖像幀率和碼率。另外，JCT-VC還將所有的測試序列分為兩類：其一為Random Access，允許參與評估的編碼方案使用長度為8的GOP進行圖像排列，其典型場景是數(shù)字電視廣播應(yīng)用；另一為Low Delay，此時禁止圖像編碼順序重排列，其典型場景是對時延有嚴格限制的實時會話業(yè)務(wù)應(yīng)用。
經(jīng)過細致評估分析，最后發(fā)現(xiàn)：對比H.264/AVC，在基于幾乎相同的主觀圖像質(zhì)量的前提下，參與測評方案中的佼佼者能夠節(jié)省40%~60%的碼率！換言之，對比現(xiàn)有的H.264/AVC，新提出的編碼提案能夠?qū)嚎s效率提高一倍左右。面對這個祥和愉快的結(jié)論，JCT-VC無法淡定了，于是“下一代視頻編碼”工作正式啟動，并冠名為HEVC(High Efficiency Video Coding)。與此同時，相應(yīng)的編碼提案被納入TmuC(Test Model under Consideration)，成為HEVC最終方案的候選，在隨后的時間內(nèi)被不斷測試、挑戰(zhàn)和改進。
2H.265的高明之處
H.265的高明之處
從編碼框架上來說，H.265仍然沿用了H.264的混合編碼框架，但是每個技術(shù)細節(jié)都有提升或改進。比較大的改進是：1)在圖像分塊以及運動補償、變換方面，支持更大尺寸和種類；2)更多幀內(nèi)/幀間預測、運動矢量預測和變換模式；3)增加環(huán)內(nèi)采樣自適應(yīng)濾波SAO；4)提供TILE模式，更好地支持并行處理等。這些新技術(shù)的應(yīng)用，不但有效地提高壓縮性能，也為各種處理器平臺的有效實現(xiàn)擴展了空間。
H.265為何優(yōu)于H.264
比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來說，H.264中每個宏塊(marcoblock，MB)大小都是固定的16x16像素，而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。信息量不多的區(qū)域(顏色變化不明顯，比如車體的紅色部分和地面的灰色部分)劃分的宏塊較大，編碼后的碼字較少，而細節(jié)多的地方(輪胎)劃分的宏塊就相應(yīng)的小和多一些，編碼后的碼字較多，這樣就相當于對圖像進行了有重點的編碼，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應(yīng)提高了。同時，H.265的幀內(nèi)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。
反復的質(zhì)量比較測試已經(jīng)表明，在相同的圖象質(zhì)量下，相比于H.264，通過H.265編碼的視頻碼流大小比H.264減少大約39-44%。由于質(zhì)量控制的測定方法不同，這個數(shù)據(jù)也會有相應(yīng)的變化。通過主觀視覺測試得出的數(shù)據(jù)顯示，在碼率減少51-74%的情況下，H.265編碼視頻的質(zhì)量還能與H.264編碼視頻近似甚至更好，其本質(zhì)上說是比預期的信噪比(PSNR)要好。這些主觀視覺測試的評判標準覆蓋了許多學科，包括心理學和人眼視覺特性等，視頻樣本非常廣泛，雖然它們不能作為最終結(jié)論，但這也是非常鼓舞人心的結(jié)果。
目前的HEVC標準共有三種模式：Main、Main 10和Main Still Picture。Main模式支持8bit色深(即紅綠藍三色各有256個色度，共1670萬色)，Main 10模式支持10bit色深，將會用于超高清電視(UHDTV)上。前兩者都將色度采樣格式限制為4：2：0。預期將在2014年對標準有所擴展，將會支持4：2：2和4：4：4采樣格式(即提供了更高的色彩還原度)和多視圖編碼(例如3D立體視頻編碼)。
事實上，H.265和H.264標準在各種功能上有一些重疊。例如，H.264標準中的Hi10P部分就支持10bit色深的視頻。另一個，H.264的部分(Hi444PP)還可以支持4：4：4色度抽樣和14比特色深。在這種情況下，H.265和H.264的區(qū)別就體現(xiàn)在前者可以使用更少的帶寬來提供同樣的功能，其代價就是設(shè)備計算能力：H.265編碼的視頻需要更多的計算能力來解碼。目前已經(jīng)有支持H.265解碼的芯片發(fā)布了——美國博通公司(Broadcom)在今年1月初的CES大展上發(fā)布了一款Brahma BCM7445芯片，它是一個采用28納米工藝的四核處理器，可以同時轉(zhuǎn)碼四個1080P視頻數(shù)據(jù)流或解析分辨率為4096×2160的H.265編碼超高清視頻。
3H.265視頻編碼標準落地
H.265視頻編碼標準落地 配套產(chǎn)品“出爐”
9月初，�？低曂瞥隽藰I(yè)界支持H.265 4K NVR產(chǎn)品；中興力維也在近日發(fā)布H.265高清網(wǎng)絡(luò)攝像機。4K帶來的高清時代，需要H.265的支持。
據(jù)了解，2014年9月份，�？低曂瞥隽�4K NVR，其具有超強的顯示和解碼性能。支持H.265編解碼。據(jù)悉，�？低�4K NVR，是4K IPC強大的后盾，支持4K 顯示，解決了4K監(jiān)控存儲和顯示輸出的瓶頸，和4K IPC、4K顯示器一起形成完美的超清解決方案，將成為4K超清監(jiān)控的中流砥柱，促進4K監(jiān)控的普及和應(yīng)用。
2014年9月12日，中興力維在南京舉行的新品發(fā)布會上，推出了支持H.265/HEVC的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機7200系列。據(jù)中興力維執(zhí)行董事長祝金程表示，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機7200系列可以提供高清圖像，同時又降低了存儲要求，節(jié)省了在存儲設(shè)備上的投資；甚至還能降低碼流，從而降低帶寬和網(wǎng)絡(luò)方面的壓力；在低照度、光線極差的環(huán)境下，仍然可以輸出高清圖像。這就是支持H.265的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機7200系列的“三低”特征。
新近發(fā)布的蘋果手機iphone 6和iphone 6 plus均支持H.265視頻編解碼。從iPhone的技術(shù)規(guī)格頁面上可以看出，iPhone 6和iPhone 6 Plus都會利用下一代H.265技術(shù)——也就是高效率視頻編碼(HEVC)——來對通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)進行的FaceTime視頻通話進行編碼和解碼。
2014年9月，全球視頻監(jiān)控半導體解決方案的領(lǐng)導者海思公司將基于H.265/HEVC標準推出業(yè)界第一顆高清網(wǎng)絡(luò)攝像機處理器Hi3516A。該Hi3516A處理器采用海思先進的H.265/HEVC算法，改善了H.265/HEVC標準固有的圖像振鈴效應(yīng)，極大減少了大運動場景下的拖尾現(xiàn)象和塊效應(yīng)，并在保持與H.264/AVC相同的圖像畫質(zhì)下編碼碼流降低50%。同時，Hi3516A靈活的高性能ARM Cortex-A7處理器配合海思第二代智能分析協(xié)處理單元IVE2.0，提供車牌識別、周界防范、人臉識別等多達40種智能分析應(yīng)用。
