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新标准来袭 H.265标准出台能否抢占制高点

2012-08-01 02:43:24天安网

  安防网讯每一项标准的诞生似乎都会给行业的编码技术带来新的发展信号。无论是ISO、ITU制定的MPEG4和H.264国际标准还是国内标准起草组制定的AVS、SVAC等国内标准,谁占据标准高地,相应地标准制定者就占据了视频编解码行业的制高点。而最近又有消息传出,H.265标准即将诞生。该国际标准将会给安防行业带来哪些信号?对行业的发展将会产生哪些影响?业内人士正拭目以待。

  当行业内企业对H.264视频编码标准广泛接受时,H.265标准即将面世的消息犹如一枚重磅炸弹,在行业内掀起轩然大波。2012年6月25日,国际电信联盟(英文名称InternationalTelecommunicationsUnion,简称ITU)在其官网公布了工作计划项目,原定于2008年至2010年推出的《Highefficiencyvideocoding》(HEVC又称H.265)技术标准预计于2013年1月推出。

  据了解,目前在安防行业,音视频编解码标准主要采用的是国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization;简称ISO)制定的mpeg4和ITU联合推出的H.264压缩标准。其次,就是国内自主研发的《信息技术先进音视频编码》(以下简称AVS)标准和专门针对安防行业自主研发的《安全防范监控数字视音频编解码技术标准》(SurveillanceVideoandAudioCoding,简称SVAC)。

  一、新标准来袭H.265将于明年1月推出

  在深圳市联特微电脑信息技术开发有限公司产品经理王义学看来,H.264标准在行业内才刚刚成熟起来。他告诉记者,我刚进入安防行业时,大多数企业使用的都是MPEG4编码标准。几年后,H.264编码标准被广大安防企业所接受。当时,我们公司开发出来的产品都嵌入了MPEG4和H.264两个编码标准。对于H.265新标准的来临,王义学显得很平静,他表示,随着高清的发展,能够制定出新的符合高清发展的视频编码标准对促进安防行业的进步有重大的意义。

  记者经过查阅资料发现,现在安防行业内广泛使用的MPEG4编码标准是ISO工作组于1999年推出的视频编码标准,该标准主要是针对视频会议、视频电话等多媒体通信的应用要求。与以前的压缩方法不同,MPEG4标准是以视频内容与交互为核心,采用的是面向对象的压缩方式,这使得压缩率大大提高。

  而2003年推出的H.264则是由ITU和ISO组成的联合视频工作组制定的视频编码标准。据了解,H.264具有很高的压缩性能,在同等图像质量的条件下,H.264的压缩比率是MPEG2的2倍以上,是MPEG4的1.5倍-2倍。压缩比如此之高,其主要原因在于低码率。与MPEG2和MPEG4相比,H.264压缩技术大大地降低了用户的下载时间和数据流量。此外,H.264还具有高质量的流畅图像,正是因为如此,经过H.264压缩的视频数据,在网络传输过程中所需的带宽更低,也更加经济。

  就国内标准而言,AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准,也是数字音视频产业的共性基础标准。根据资料显示,国家标准化管理委员会颁布的《信息技术先进音视频编码》已于2006年3月1日正式实施。AVS标准正式成为国家标准。AVS标准虽已经颁布多年,可是实施的状况并不乐观,业内鲜有企业采用AVS标准的视频芯片处理器。企业选择哪个标准主要是看行业的趋势,评估该标准是否可行,如果是成熟稳定的标准大家都会选择使用。AVS虽然是我国的国家标准,但是使用并不成熟,企业还未完全接受,这或许是该标准推广受阻的重要原因。深圳市三辰科技有限公司负责人陈楚敏在接受记者采访时表示。在他的眼里,稳定性强的标准将会成为企业的首选。

  而去年由全国安全防范报警系统标准化技术委员会(以下简称TC100)和中星微等众多安防企业共同制定的SVAC标准则是我国首个针对安防行业的编码标准,该标准已于2011年5月1日正式实施。据了解,SVAC是第一个旨在解决安全防范监控行业独特要求的技术标准,对确立公共安全防范和犯罪预防体系来说特别重要。记者经多方调查了解到,除了中星微和海康威视外,还有中星电子、汉邦高科、华三、亚安、天地伟业等企业也参与了该标准的起草。对此,王义学表示,目前行业内通用的还是MPEG4和H.264标准,推广SVAC国家标准尚需时日。作为国家标准,其压缩比率和稳定性还有局限性。这或许是SVAC标准推广受阻的重要原因。

  乍一听H.265标准将于明年1月诞生的消息,广大下游厂商显示首先表现出惊愕之态。陈楚敏得知该消息后先是一惊,然后向记者表示,H.265标准有什么优势?能否对企业产生足够的诱惑力?其稳定性如何?可能这一系列问题都需要时间来检验。根据相关资料显示,H.265标准的压缩率在H.264的基础上提高67%。此外,H.265采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率,包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。

  二、H.265标准将成为主流?

  ITU之所以会在明年着力推出H.265标准是时事所趋。王义学还表示,在数字视频应用产业链的快速发展中,面对视频应用不断向高清晰度、高帧率、高压缩率方向发展的趋势,当前主流的视频压缩标准协议H.264的局限性开始凸显。要面向更高清晰度、更高帧率、更高压缩率视频的应用,推出一个新标准肯定是有利无害。这将会促进高清监控行业的发展。

  背景H.264标准跟不上高清发展的脚步?

  有观点分析认为,随着高清的发展从而导致宏块个数的爆发式增长,这种情况下导致用于编码宏块的预测模式、运动矢量、参考帧索引和量化级等宏块级参数信息所占用的码字过多,用于编码残差部分的码字明显减少。

  其次,高清化的来临也促使了安防设备的分辨率大大增加,单个宏块所表示的图像内容的信息大大减少。这将导致相邻的44或88块变换后的低频系数相似程度也大大提高,导致出现大量的冗余。

  而大量的冗余表示同一个运动的运动矢量的幅值将大大增加,H.264采用一个运动矢量预测值,对运动矢量差编码使用的是哥伦布指数编码,该编码方式的特点是数值越小使用的比特数越少。因此,随着运动矢量幅值的大幅增加,H.264中用来对运动矢量进行预测以及编码的方法压缩率将逐渐降低。

  此外,H.264的一些关键算法采用CAVLC和CABAC两种基于上下文的熵编码方法、deblock滤波等都要求串行编码,并行度比较低。针对GPU/DSP/FPGA/ASIC等并行化程度非常高的CPU,H.264的这种串行化处理越来越成为制约运算性能的瓶颈。

  上述四个问题的存在使得ITU迫不及待地推出新的H.265编码技术。

  我们知道,现在安防高清化、智能化、IT化已经成为了行业发展趋势。而能否提供更高的编码技术,是直接影响高清发展的决定性因素。王义学表示,就现在使用的MPEG4和H.264标准而言,H.264具有很强的抗误码特性,可进行丢包率高、干扰严重的信道中的视频传输。在这两种标准中,H.264由于采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施,比MPEG4节约了50%的码率,具有较强的抗干扰性,容易获得稳定的图像。而压缩比则是视频传输过程中最重要的指标。也就是说,H.264标准在编码技术上的优势使它比MPEG4更先进。所以,一直以来H.264被业内广泛接受。

  陈楚敏则认为,如果能够推出更加优越的技术让企业去测试和接受,那么这个方案必然会被市场接受。

  优势五大技术支撑H.265标准

  当然,与现行的H.264标准相比较,H.265标准不乏出色的技术支撑。根据JCT-VC联合工作组2012年2月17日发布的第一版内部草稿《Highefficiencyvideocoding(HEVC)textspecificationdraft6》资料分析:

  首先,H.265标准具有灵活的编码结构。在H.265中,将宏块的大小从H.264的1616扩展到了6464,以便于高分辨率视频的压缩。同时,H.265采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率,包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。

  其次,拥有灵活的块结构RQT(ResidualQuad-treeTransform)。RQT是一种自适应的变换技术,这种思想是对H.264/AVC中ABT(AdaptiveBlock-sizeTransform)技术的延伸和扩展。对于帧间编码来说,它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整;对于帧内编码来说,它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换,一方面能够提供更好的能量集中效果,并能在量化后保存更多的图像细节,但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此,根据当前块信号的特性,自适应的选择变换块大小,可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者最优的折中。

  再次,采样点自适应偏移(SampleAdaptiveOffset)。SAO在编解码环路内,位于Deblock之后,通过对重建图像的分类,对每一类图像像素值加减一个偏移,达到减少失真的目的,从而提高压缩率,减少码流。采用SAO后,平均可以减少2%~6%的码流,而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2%。

  此外,自适应环路滤波(AdaptiveLoopFilter)。ALF在编解码环路内,位于Deblock和SAO之后,用于恢复重建图像以达到重建图像与原始图像之间的均方差(MSE)最小。ALF的系数是在帧级计算和传输的,可以整帧应用ALF,也可以对于基于块或基于量化树(quadtree)的部分区域进行ALF,如果是基于部分区域的ALF,还必须传递指示区域信息的附加信息。

  最后,H.265采用了并行化设计思路。当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展,因此为了适应并行化程度非常高的芯片,H.265引入了很多并行运算的优化思路。

  以五大亮点技术为支撑的H.265新标准或将再次掀起业内一场新的压缩标准争夺战。

  三、新标准推广或将受阻?

  即将推出H.265标准的消息甫出,即刻引来业内一片热议。新标准能够为行业带来多少惊喜,这也正是企业思考的问题。如果该标准能够真正地推动高清的发展,则可能掀起业内新的标准战争。陈楚敏认为。

  问题一芯片厂商掌握决定权

  部分业内人士表示,H.265标准能否成为主流的新压缩标准,决定权在于芯片厂商。诚然,ITU制定了标准,但是标准能否广泛推广,主要还在于生产音视频处理的芯片厂商。陈楚敏表示,按照这种逻辑,生产音视频处理芯片的厂商将会成为H.265标准推行成功与否的主宰。视频处理芯片厂家嵌入何种压缩技术,下游厂商在购买芯片时只能被动接受。王义学表示。实际上,安防企业只是被动的接受者。

  目前,国内外能够研发、生产音视频处理芯片的厂商并不多见。据记者了解,升迈、映佳、海思、TI、安霸、中星微、中维世纪等为数不多的厂家具有音视频处理芯片的生产能力。但是这些芯片厂商究竟采用何种压缩标准尚没有定论。记者注意到,中星微生产的很多视频处理芯片都采用了SVAC标准的压缩处理技术。而中维世纪研发部经理王英杰接受本报记者采访时则表示,公司生产的JV9800后处理视频芯片,可以方便使用任何主流的视频压缩标准。

  虽然上游芯片厂商是选择何种标准的直接推动者,但是采用什么样的压缩标准还在于标准本身是否具有优越性。

  据了解,ITU和ISO刚推出国际标准H.264时就受到了市场的追捧。据相关资料统计,至2011年底,80%的视频产品使用H.264编码标准,并且随着支持H.264解码的设备不断增多,这一占有率还将进一步增长。

  之所以H.264标准能够迅速推广其优越性是不言而喻的。据中星电子研发总裁邱嵩向记者介绍,H.264等视频压缩标准是为广播电视这些娱乐消费应用领域开发的,应用方式是一个节目源面对众多的观众,可以在制作时不惜代价,并经过后期处理进行优化;而视频监控是众多视频源面对少数的观众(安防管理员),前端的成本不能太高,必须同步地将现场真实地还原给使用人员,从而要求获得高质量的视频编码码流。

  根据邱嵩的观点,广播电视应用中拍摄条件大多数是可控的,可以根据不同的环境选用不用的摄像设备,视音频内容还原较易实现。视频监控的很多应用场景的拍摄条件是非受控的,必须采用一套设备满足全天候监控的要求,如何保证监控现场的视音频信息经过编解码后高保真还原是一个很大的挑战。

  鉴于种种因素,2011年TC100和中星微等企业联合制定了SVAC标准。该标准是专门针对广播电视视音频编解码标准在安防监控领域应用的诸多不适应性,根据我国社会公共安全对视音频监控的现时需求和未来发展,创新性地提出了多项针对安防监控应用的视音频编解码特殊要求和实现手段,通过高精度视频采集、感兴趣区域(ROI)变质量编码、可伸缩视频编码(SVC)等技术的采用,并且通过对监控专用信息、加密和认证的支持等,使得视频监控系统更为强大和灵活。

  邱嵩表示,SVAC标准和H.264标准存在很多交互性和融通性,与MPEG4标准相比,两者优势明显。具体来讲,与MPEG4标准相比,SVAC(或H.264)在压缩效率上有明显的优势。SVAC标准在压缩效率上与H.264标准基本相当。并且,SVAC标准设计了一些技术工具使之在安防监控应用中更高效更具灵活性,如感兴趣区域(ROI)变质量编码,SVC分层编码,监控专用信息编码等,同时支持加密认证,从数据源头保证监控数据的安全性和完整性。从知识产权的角度,具有自主知识产权的SVAC标准将对整个安防产业链建设发展起推动作用。

  SVAC标准的这些特点支持高精度视频数据编码、支持CABAC等先进技术、支持感兴趣区域(ROI)变质量编码、支持可伸缩性视频编码(SVC)、支持ACELP和TAC切换的双核音频编码、支持声音识别特征参数的编码、支持绝对时间参考信息及特殊监控事件等监控专用信息、支持数据安全保护。上述特性正是企业力推SVAC标准的首要因素。当然SVAC标准的力推还需要标准制定部门和企业再努一把力。

  问题二新标准收费不靠谱

  随着国际压缩技术的广泛使用,标准付费问题也成为了我国监控产业的一颗定时炸弹。而最近坊间传闻,H.265标准也有可能采用付费的方式。

  邱嵩认为,收费的方式在实行过程中有一定困难。其实H.264标准并不是不收费,它有一套收费标准,只是没有全面实行。

  我们认为H.265标准收取费用这一想法并不十分可行。很显然,收费只会阻碍H.265标准的推广,如果要收费,大量的用户将会寻找别的出路。王英杰说。

  但是也有企业认为是否收费与标准推广的成功与否并没有多大关系。深圳市泛海三江电子有限公司监控产品事业部总监段先昌就告诉记者,关键在于标准是否具有无可比拟的优越性。既然H.265是专门针对高清监控而制定的压缩标准,这就需要事实验证其压缩比率究竟是不是像外界所宣传的那样。如果真的有足够的优越性,那么付费将不是问题。

  尽管视频监控领域的标准付费问题还没全面铺开。但是将来是否会对使用者收取费用,这是一个令人深思的问题。正如一位业内人士所言,当一个行业处于弱势的情况下,专利问题就处在无足轻重的位置,专利拥有者对这点专利费可能还不看重,可是一旦行业发展壮大,巨大的专利费用就会促使专利拥有者行使这项权利。

  问题三谨防泄密风险

  随之而来的是泄密问题。如果采用了国际压缩标准,如果视频编码被破译,损失如何弥补?所以国内一直在力推自主知识产权的SVAC标准。业内人士这样告诉记者。

  邱嵩表示,公安部在《全国公安机关视频图像信息整合与共享工作任务书》中(公科信2012第11号文)中明确要求采用《安全防范监控数字视音频编解码技术要求》,在《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》国家标准(GB/T28181-2011)中,要求联网系统中视频压缩编解码和音频编解码应优先采用GB/T25724-2010(简称SVAC),在《城市监控报警联网系统系列标准》(GA/T669)等行业标准中,也要求优先采用SVAC国家标准。此外,北京、上海、天津等地市也将SVAC国家标准的支持添加到地方标准中来,我们了解到其他一些地方也陆续在对地方标准的建立或者修订中,将对SVAC标准的支持做出明确要求。在国内重大项目的投标中,采用国内企业主导的SVAC或者AVS标准或将成为未来政府项目的主导。

  四、标准之争下的安防格局

  随着各项标准频出,标准之争成了安防行业的新问题。几年前,由国家信息产业部科学技术司批准成立的数字音视频编解码技术标准工作组制定的AVS标准刚在安防行业推广便遭遇了滑铁卢。你看看现在还有多少安防企业采用AVS的压缩标准。一业内人士告诉记者。记者经过调查了解到,AVS标准刚推广时仅有精华隆等为数不多的企业采用。

  而2011年正式实施的SVAC标准同样也遭遇了推广难题。作为SVAC标准的制定企业,邱嵩曾参与了SVAC标准的起草。到目前为止已经有40多家企业加入了SVAC标准联盟。邱嵩表示,但是作为非强制性标准,SVAC的推广依旧阻力重重。如果国家强制采用SVAC标准,或将有利于推动安防监控视音频编解码技术的升级和产品更新换代,有利于实现不同厂家设备的互联互通。当然,这必然带来安防监控行业和市场格局的变化。

  对于企业而言,由于各个标准的技术方案不同,要做到相互兼容比较难。替代性的解决办法是在解码设备或解码软件中同时支持三种标准,以适应符合不同标准的编码设备输出的编码数据流。但是这个方法会增加解码器的开发复杂度和成本。

  对于即将到来的H.265标准,邱嵩也表示将密切关注。他告诉记者:H.265标准的技术方案是在大幅提高实现复杂度的基础上,换取更高的编码压缩效率。其是否适合监控这类对编码实时性和实现复杂性都有较高要求的应用还有待进一步分析评估。我们会密切关注即将发布的H.265标准第一版公开版草稿,评估采用该标准的可行性。业内人士认为,H.265标准由于其在压缩效率、并行处理能力以及网络适应性方面的极大改进,它的发展和应用必将把视频编解码理论和应用推向一个新的高度。

  而在王英杰看来,MPEG4已经基本淡出了安防市场,SVAC标准的推广也举步维艰,未来一段时间内仍以H.264为主流。H.265标准能否主导安防压缩技术的基本格局需要时间。

  陈楚敏认为,主导安防市场压缩技术市场格局的是价格因素。产品的价格会直接影响市场的接受度,也会影响企业的成本核算。谁将会成为压缩标准的主流这依赖于各种因素的影响,包括市场、政策等等。

  

  邱嵩告诉记者:编码标准一直是监控行业的一个焦点问题。从我们自身的经验看,国内企业只有深入分析行业和用户需求,了解技术发展方向和市场动态,并加强核心技术研发的投入,积极参与相关技术标准的制订,才能变标准的被动承受者为标准制定者。在这种情况下,国内企业才能掌握标准制定的主动权。才能为国内企业进军国际高端市场做好必要准备。

  陈楚敏表示:MPEG4、SVAC、AVS、H.264、H.265谁将成为主流?市场才是最后的检验者。

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