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从H.26X系列到SVAC 看编解码标准的发展进程
2016/3/15 9:51:00      来源:《中国安防》    作者:周宇杰

  如果将图像作为一个信源,那么视频压缩编码的实质是减少图像中的冗余。视频编解码技术是网络视频发展的最根本条件之一,只有高效的视频编码才能保证在现实的互联网环境下提供视频服务。


  如果将图像作为一个信源,那么视频压缩编码的实质是减少图像中的冗余。视频编解码技术是网络视频发展的最根本条件之一,只有高效的视频编码才能保证在现实的互联网环境下提供视频服务。

  趋向统一:H.264编解码的普及

  总的来说,视频压缩编码技术可以分为无损压缩和有损压缩两大类。相比无损压缩对解码图像与原始图像完全一致的严格要求,有损压缩允许压缩后重构的数据与原来有差异,即有一定的失真,但不会造成人们对原始资料所表达信息的误解,所达到的视觉效果一般也是可接受的。因此,有损压缩的应用范围更为广泛,例如视频会议、可视电话、视频广播、视频监控等。

  研制视频编码国际标准的正式组织有两个:ITU-T(国际电信联盟通信标准部)和ISO/IEC(国际标准化组织/国际电工技术委员会)。其中ITU-T视频编码标准以H.26x的形式表示(例如,H.261、H.262、H.263、H.264和H.265),主要是为视频会议和可视电话等实时视频通信应用设计的;ISO/IEC标准以MPEG-x的形式表示(例如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21),主要是为视频存储(DVD)、广播视频以及视频流(例如,网上视频、无线视频应用)设计的。值得一提的是,这两个标准委员会合作开发了H.262/ MPEG-2标准和H.264/ MPEG-4 AVC(Advanced Video Code),后者也是MPEG-4的第十部分。

  目前,安防领域应用最为广泛的编解码标准就是H.264,也称为MPEG-4 AVC(Advanced Video Codec,高级视频编码)。与以前的编码标准相比,H.264有一些新特性,如多参考帧的运动补偿、变块尺寸运动补偿、帧内预测编码等。通过这些新特性,H.264比其他编码标准具备更高的视频质量和更低的码率,从而结束了视频压缩多标准的时代,使整个安防行业标准趋向统一,为网络互联提供了基础。

  进一步发展:H.265的诞生

  然而,H.264发展到现在,已经不能满足更高清如4K乃至更高分辨率视频的传输、存储需求,H.265应运而生。

  最新的H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265旨在在有限带宽下传输更高质量的网络视频,仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频。这也意味着,我们的智能手机、PAD等移动设备将能够直接在线播放1080p的全高清视频。H.265标准也同时支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清视频。可以说,H.265标准让网络视频跟上了显示屏“高分辨率化”的脚步。

  H.265/HEVC的编码架构大致和H.264/AVC的架构相似,主要包括帧内预测、帧间预测、转换、量化、去区块滤波器等模块,但对比H.264,H.265提供了更多不同的工具来降低码率:以编码单位来说,H.264中每个宏块大小都是固定的16×16像素,而H.265的编码单位可以选择从最小的8×8到最大的64×64,可以有选择地对不同区域采用不同的宏块编码,也就是说,H.265能对图像进行有重点的编码,从而降低了整体的码率,提升了编码效率。

  目前,H.26X系列作为国际通用的视频编码标准,已成为业界主流。在H.265推出后,业内主流安防厂商均已推出相应配套产品,如科达陆续发布了H.265摄像机、编码器以及NVR系列产品。

  SVAC编解码技术与H.26X系列的对比

  在监控行业,编码标准一直是一个被反复探讨的焦点问题。事实上,从SVAC(Surveillance Video and Audio Coding,安全防范监控数字视音频编解码技术标准)诞生到成长的每一步,我们都能听到对于这个问题的讨论。作为具备国内自主知识产权的视频编解码标准,SVAC的诞生被业界一部分人寄予厚望,也被另一部分人质疑:面对国际领先的主流H.265/264标准,SVAC凭什么与之抗衡?

  无论是H.264或者H.265,都是面向广播电视和大众娱乐等专业领域的编解码技术,在安全防范领域直接使用还是有很大的不适应性,主要表现在:①对全天候、各种复杂拍摄环境下的现场还原性不佳;②在压缩编码效率和声音、图像质量之间的平衡不理想;③没有考虑对智能分析和机器识别的支持;④缺少对监控专用信息(如绝对时间、智能分析结果等)的支持;⑤对视音频内容的真实性、完整性和安全性保护不足。

  与H.26X系列编解码标准不同,SVAC由公安部第一研究所和中星微电子主导制定,并于2011年5月起正式实施,该项标准是一项针对安防监控领域应用的特殊性而制定的国家标准,具有自主知识产权,能够满足视频图像的实时传输性、全天候24小时监控环境的适用性、场景视音频信息的忠实还原性等。同时也有望解决目前视频监控系统由于信源标准不统一导致的难以互联互通的问题。与H.26X系列编解码标准相比,SVAC因其“专为安防制定”,具备以下几点不可替代的优势。

  ① 加密认证高安全:SVAC标准规定了加密和认证接口及数据格式,保证数据的安全性、完整性、非否认性。密码不是编到视频信息里,提取时需要输入认证数据,既保证格式的统一,便于互联互通,也保留足够的扩展灵活性。

  ② 感兴趣区域(RIO)编码:图像分为若干个感兴趣区域和一个背景区域,在重点监控区域保证实时视频信息,帧率较高,节省非感兴趣区域的开销。

  ③ 视频信息嵌入:编码算法不是简单的字符叠加,声音识别特征参数、特殊事件、时间等信息都可嵌入编码里,在不解开视频的前提下,可输入关键信息量直接调出某段视频,针对性地提取、解码,便于快速检索、分类查询、视音频同步和监控数据的综合应用。

  ④ 可伸缩性视频解码(SVC):对视频数据分层编码,满足不同传输网络宽带和数据存储环境的需求。普通编码程序传输有主码流、子码流,占用带宽较大;SVAC传输只有一类码流,对码流分层就可获得不同分辨率的图片信息。

  SVAC编解码标准的推行进程

  SVAC从2011年起正式实施,但在很长一段时间内,除了参与起草SVAC标准的几家企业,别的企业几乎看不到相关产品的出现。出现这种情况的原因主要有以下几点:

  ①与H.264相比,SVAC除以上几点优势外,编码效率也要高得多,但是与H.265相比,SVAC的编码效率则要略逊一筹。

  ②SVAC与H.26X系列各具优势,但H.26X系列已成为市场主流,这使得两者之间的争议一直在持续发酵中,推行SVAC标准也愈加困难。

  ③由于尚未得到规模化应用,SVAC标准产品在源代码和核心芯片这部分的成本要高,这也导致了大型安防厂商对这一标准更多持观望态度。

  这种情况在近两年有所改善:去年开始,公安部开始在广东省强制推行SVAC标准,山西、河北等多个地区也开始在公共安全、城市管理等行业大规模应用这一标准,这些举措都加速了SVAC标准的推行。许多企业也开始对相关技术进行研究,一些采用SVAC标准的产品通过认证,多家知名企业陆续推出SVAC标准的产品。

  这其中最有代表性就是2015年10月30日,科达与公安部第一研究所联合发布的一款SVAC感知型摄像机。科达与公安部一所深度合作,分别发挥感知技术在智能方面的优势和SVAC标准在安全方面的优势,通过智能与安全的融合,SVAC感知型摄像机将对进一步深化视频图像在公安工作、交通监管中的应用起到积极推动作用。一边是当前业界性能最领先、最知名的智能摄像机产品,一边是公安部门力推的SVAC标准,我们有理由相信,它们的联手将会带来无尽的想象空间。

  结语

  其实,无论是MPEG-X、H.26X系列或SVAC,编解码标准的存在都是为了提升高清视频的应用性,使之能适应更多的监控场景,只有更开放、更高清、更智能、更高效、更符合用户需求的标准,才能得到更广泛的认可。

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编辑:侯雨婷
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