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【论文精粹】蛙视在H.265和SVAC解码方面的技术应用

中国安全防范产品行业协会2018-11-07 15:21:54


  H.265标准于2013年2月被国际电联(ITU)正式批准通过,由于它比H.264更具技术优势,一经推出就受到安防监控市场的高度关注。北京蛙视一直致力于在数字视频领域探索更高清晰度的视频处理技术,提供最领先的高清数字视频产品,从 H.265 标准刚一推出就密切关注技术发展动向,并积极做出相应研发技术积累。经过几年的发展,我们认为 H.265 高清监控产品市场化已真正开始。

  

一、H.265 的由来


  H.265又称HEVC,是新一代视频编码算法,它的特点是在相同的图像质量(峰值信噪比PSNR)上面,可以比H.264节省50%的码率。H.264等传统的编码算法框架使用少数固定或几个可变尺寸的block作为编码的基本单位,以H.264为例,其intra部分使用4x4 /8x8 /16x16像素块为基本编码预测的单位,使用一些其他的大小块作为其运动补偿的基本单位,这样一来对于高分辨率的视频,最大16x16块已经无法满足视频的空间冗余和时间冗余的消除了。H.265(HEVC)使用递归的4叉树结构,即一般最大64x64像素块到最小8x8像素块,每一级的划分可以一分为四,也可以保留不继续分割,对此其编码分为CU、PU、TU等编码单位,对intra的编码可以有效提高压缩效率,对inter而言,使用更多的PU size以达到高效率的MV预测,再配合AMVP,使得残差尽可能减少,从而也提高了压缩效率。

  

二、H.265与其他编码技术的对比


  1. H.265与H.264

  H.265标准围绕现有的视频编码标准H.264,既保留原来的某些技术,同时对一些相关的技术加以改进。使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。具体的研究内容包括:提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。H.264经过算法优化,可以低于1mbps的速度实现标清数字图像传送;H.265则可以实现利用1~2mbps的传输速度传送720p普通高清音视频传送。

  事实上,H.265和H.264标准在各种功能上有一些重叠。例如,H.264标准中的hi10p部分就支持10bit色深的视频,此外,H.264的部分还可以支持4:4:4色度抽样和14比特色深。在这种情况下,H.265和H.264的区别就体现在前者可以使用更少的带宽来提供同样的功能,其代价就是设备计算能力。因此,H.265编码的视频需要更多的计算能力来解码,如图1所示。


  图1 质量越高,编码后的码率差别越大

  2. H.265与SVAC

  就高清视频监控领域而言,H.265与SVAC是正在崛起的两种主流标准。H.265标准在压缩效率、并行处理能力以及网络适应性方面有了极大的改进,它的发展和应用也必将给现在的安防监控行业提供更多的选择方向和更大的发展空间,SVAC标准也有其独特的优势。

  由于现有的视音频解码标准是针对广播电视和大众娱乐方面的应用,在安全防范领域直接用具有很大的不适应性,公安部第一研究所和中星微公司牵头主导制定了SVAC标准(标准编号:GB/T25724-2010),该项标准是一项针对安防监控领域应用的特殊性而制定国家标准,满足视频图像的实时传输性、全天候24h监控环境的适应性、场景视音频信息的忠实还原性等,同时也解决了目前视频监控系统由于信源编码标准不统一导致的难以互联互通的问题。

  相较于H.265标准而言,SVAC标准技术具备以下几点优势:

  (1)加密认证高安全。

  (2)感兴趣(ROI)区域编码。

  (3)视频信息嵌入。

  (4)可伸缩性视频解码(SVC)。

  不难看出,SVAC标准是针对安防行业应用对安全的高要求而推出的,安全、认证等辅助性功能是该项标准的亮点,但就目前而言,H.265可谓占尽了“天时、地利、人和”。在用户基础上,其前身H.264已经拥有了相当数量的用户,这为H.265的推进创造了绝佳的环境。在成本层面,SVAC标准产品在源代码和核心芯片这部分的成本要高于H.265,这使得H.265编码在民用市场更加常见。在技术层面,SVAC优于H.264,但和H.265相比就略逊一筹。

  总的来看,一个有技术和成本优势(H.265),一个有政策和市场优势(SVAC)。未来安防市场可能一分为二:民用市场和政府市场。民用市场可能会以H.265编码技术为主;政府市场则很可能采用SVAC编码技术为主。


  

三、蛙视在H.265和SVAC方面的产品应用


  目前,视频监控系统正逐步向数字化、网络化、高清化方向发展,高清IPC、编码器、NVR、解码器等网络设备的数量快速增长,但在各种网络高清监控方案实际应用的同时,也暴露出一下电视墙解码显示端的兼容性问题,形成原因可能有以下几个方面:

  (1)视音频编码标准不统一

  视音频编码标准从MPEG2、MPEG4到目前广泛应用的H.264、SVAC以及未来的H.265,与之对应的各种编码标准的IPC和NVR的设备种类也比较多。新项目的建设往往要兼容已经部署老项目的视频,所以对电视墙显示侧的解码设备要求较高,需要可以解码前端各种编码标准的视频,进而达到统一显示的要求。

  (2)网络接入协议不统一

  很长时间以来,各个厂家的视频监控设备的互联、互通和互控是个非常棘手的问题,实际的项目实施中也经常面临着这样的问题。较常见的解决方法是对各个厂家设备的SDK做定制接入开发,耗时耗力且后期的维护工作比较大。虽然GB/T 28181规范的出台,可以按照全网GB/T 28181来实施部署,较大程度地解决了此问题,但仍然存在着需要兼容不支持GB/T 28181的私有协议设备的问题。

  针对以上难题,北京蛙视推出了高清视音频解码器VCX-UD产品系列,完美地解决了编码标准不统一、网络接入协议不统一导致的设备兼容性的问题,为大型电视墙解码显示提供了一个有效的解决方案。主要的应用场景如下:

  场景一:标准协议+标准视频流,针对支持 GB/T 28181规范协议的设备,如图2所示。



  图2 支持 GB/T 28181规范协议的设备的解码显示

  场景二: 私有协议+标准/私有视频流,针对不支持GB/T 28181的私有协议设备,如图3所示。


  图3 不支持GB/T 28181的私有协议设备的解码显示

  VCX产品线中的新款0600UD视频解码设备(如图4所示)有以下几大关键创新点:

  (1)支持各种标准视频和私有格式视频的解码,尤其支持H.265和SVAC标准的解码。

  (2)支持GB/T 28181规范和私有协议的网络接入。

  (3)支持机架式结构设计,单机箱可扩展至64路高清视频解码输出。


  图4 北京蛙视VCX-0600UD视频解码设备


  

四、VCX-UD的应用及发展前景


  1. VCX-UD与类似产品的对比及用户选购应注意的事项

  目前市场上其他厂家的高清解码器大多数以H.264解码为主,很少有支持SVAC或者其他视频标准的解码器。产品形态上多以独立式的为主,支持机架式大路数解码的不多。网络接入协议上基本上都是厂家私有接入协议或者GB/T 28181规范选择其一,不能同时满足多厂家的私有协议接入。所以蛙视VCX产品可以很好地支持混合型图像源解码上墙需求的项目。

  另外用户在选购高清解码器时还应注意以下两点:

  (1)网络接入协议的方式,如果支持GB/T 28181规范,应具有第三方的检测合格报告。

  (2)解码产品的输出接口分辨率和帧率要支撑可调整,以便在不同项目中兼容不同品牌监视器。

  2. 市场应用前景

  VCX-UD系列产品已经大量应用在安防行业的各种场景中,从小规模的几十路简单高清解码应用,到大规模几百路复杂接入高清解码显示项目,都有成功部署的实际案例。随着网络视频监控市场份额的逐年扩大,各种视频编码技术标准不断升级换代,VCX-UD会在高清解码显示方案中发挥着更加重要的角色。下一步北京蛙视会将H.265编解码技术应用于更多的产品线,并且在4K等更高清信号处理方面做技术推广。


  

五、结语


  作为一款大型电视墙服务的解码显示产品,其核心价值除了高品质的解码效果之外,还应该注重对前端不同厂家、不同标准编码产品及显示端不同厂家监视器产品的兼容性。北京蛙视通信将一如既往地专注于视频编解码算法并持续创新,不断推出满足行业各场景需求的高品质、高标准网络产品。我们相信,只有在技术上不断推陈出新,提供全面性的优质服务,才有可能在市场竞争中脱颖而出,赢得市场。


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