視頻監(jiān)控編碼需求日漸旺盛

由于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的需求量越來(lái)越大，刺激廣大機(jī)器視覺(jué)的廠商，特別是工業(yè)相機(jī)的廠家努力在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方面來(lái)發(fā)展，間接也促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的發(fā)展，目前網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器已經(jīng)由單功能的視頻傳輸，逐漸發(fā)展成為帶WIFI網(wǎng)絡(luò)，帶本地SD卡存儲(chǔ)，或USB存儲(chǔ)或IDE硬盤存儲(chǔ)等；傳輸通道也從原來(lái)單路逐漸發(fā)展成為：?jiǎn)温稤1，兩路HD1，四路CIF和多路兼容的多菜單操作與管理的集成系統(tǒng)。

目前，網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的通訊方式也由原來(lái)單純的有線網(wǎng)絡(luò)，逐漸發(fā)展成為：有線與無(wú)線WIFI（802.11abg通訊協(xié)議）兼容，無(wú)線的傳輸距離也由原來(lái)的幾十米（30-100米），發(fā)展成為目前的幾十公里（30-50公里）。

編碼器是將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換后進(jìn)行傳輸出去的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器只是編碼器通過(guò)發(fā)展之后其中的一個(gè)很常見(jiàn)的應(yīng)用，并且成功的應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而得到廣大電子工程師的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。

視頻編解碼三大技術(shù)展示

網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性是影響網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備能否取得更快發(fā)展和普及的重要因素，因此，接下來(lái)將會(huì)有大量的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性技術(shù)被應(yīng)用到IP前端與管理平臺(tái)中，視頻編碼器也不例外。在這些網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性技術(shù)中，與存儲(chǔ)、傳輸、管理相關(guān)的三個(gè)方面應(yīng)該是最迫切的。

1、ANR技術(shù)

與存儲(chǔ)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性技術(shù)主要是ANR。ANR的前提是視頻編碼器支持本地存儲(chǔ)，同時(shí)系統(tǒng)部署有中心存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，所有錄像在中心完成；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，支持ANR的視頻編碼器和中心管理平臺(tái)將同時(shí)偵測(cè)到故障，并各自建立與時(shí)間相關(guān)的日志，同時(shí)視頻編碼器啟動(dòng)本地錄像，利用本身內(nèi)置的存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)；在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后，視頻編碼器與中心管理平臺(tái)將比較各自建立的日志，檢查比對(duì)網(wǎng)絡(luò)失效時(shí)的數(shù)據(jù)，然后由視頻編碼器將本地存儲(chǔ)的錄像上傳至中心存儲(chǔ)設(shè)備，完成后自動(dòng)刪除本地錄像。ANR技術(shù)一方面可以提升存儲(chǔ)可靠性，另一方面可以保證錄像文件的完整性和統(tǒng)一管理性。

2、速率調(diào)整

與傳輸相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性技術(shù)主要是指速率調(diào)整技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，視頻編碼器以正常編碼速率上傳監(jiān)控碼流到中心平臺(tái)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，視頻編碼器能自動(dòng)檢測(cè)到擁塞，然后通過(guò)自動(dòng)調(diào)整視頻分辨率、視頻幀率等編碼參數(shù)進(jìn)行碼流占用帶寬的調(diào)整，以保證監(jiān)控碼流可以穩(wěn)定上傳；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，視頻編碼器再自動(dòng)恢復(fù)之前的編碼傳輸。

3、人性化設(shè)計(jì)

與管理相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性技術(shù)主要是指人性化設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，要能夠主動(dòng)提示管理人員和瀏覽人員并記錄；前端視頻編碼器IP地址與其他設(shè)備沖突時(shí)，要能夠有一定的機(jī)制通知中心管理平臺(tái)，由平臺(tái)主動(dòng)提示相關(guān)工作人員并記錄等等。

視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)不容忽視

在視頻傳輸過(guò)程中在要求圖像不失真，則圖像傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)就大，在網(wǎng)絡(luò)帶寬一定的情況下，降低視頻圖像的碼流就成為一項(xiàng)重要的技術(shù)。H.264，又稱MPEG-4part10，也稱AVC（AdvancedVideoCoding），是一種先進(jìn)數(shù)字視頻壓縮技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，由VCEG（ITU-TVideoCodingExpertsGroup）和MPEG（ISO/IECMovingPictureExpertsGroup）聯(lián)合組成的JVT（JointVideoTeam）于2003年3月正式發(fā)布的。H.264標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)就是在同等保真條件下，提高編碼效率，與之前的H.263或者M(jìn)PEG-4標(biāo)準(zhǔn)相比，其在保證相同圖像質(zhì)量的情況下，降低約50%的碼率。

更為先進(jìn)的H.265編碼技術(shù)是ITU-TVCEG繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。2012年6月25日，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）在其網(wǎng)站公布了工作計(jì)劃項(xiàng)目，原定于2008年至2010年推出的《Highefficiencyvideocoding》（HEVC或稱H.265）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)于2013年1月推出。在技術(shù)上，H.265將在現(xiàn)有的主流視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264上保留了一些較為成熟的技術(shù)和繼承其現(xiàn)有的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)一些其他的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，可能體現(xiàn)在提高壓縮效率、提升錯(cuò)誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時(shí)的時(shí)延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入時(shí)延以及降低復(fù)雜度等方面。但H.265還沒(méi)有進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。

H.265的高明之處

從編碼框架上來(lái)說(shuō)，H.265仍然沿用了H.264的混合編碼框架，但是每個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)都有提升或改進(jìn)。比較大的改進(jìn)是：1)在圖像分塊以及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、變換方面，支持更大尺寸和種類；2)更多幀內(nèi)/幀間預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)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(tái)的有效實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展了空間。

1、更大的宏塊和變換塊。相對(duì)于H.264的4×4、8×8、16×16宏塊類型，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，同時(shí)整形變換塊大小也相應(yīng)擴(kuò)大，用于減少H.264中變換相鄰塊問(wèn)的相似系數(shù)。

2、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。使用該方法，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%。

3、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。

4、新添加的Tile劃分機(jī)制使得以往的slice、幀或GOP為單位的粗粒度數(shù)據(jù)并行機(jī)制更加適合于同構(gòu)多核處理器上的并行實(shí)現(xiàn)。Dependentslice和WPP機(jī)制解決了以往H.264等編碼技術(shù)中熵編碼環(huán)節(jié)無(wú)法并行實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，使得整個(gè)編解碼過(guò)程中DCT、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、熵編碼等任務(wù)模塊的劃分更加均衡，顯著提高并行加速比。

5、更低的碼流。反復(fù)的質(zhì)量比較測(cè)試已經(jīng)表明，在相同的圖象質(zhì)量下，相比于H.264，通過(guò)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(cè)定方法不同，這個(gè)數(shù)據(jù)也會(huì)有相應(yīng)的變化。通過(guò)主觀視覺(jué)測(cè)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(shuō)是比預(yù)期的信噪比(PSNR)要好。