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《安防工程商》:百家争鸣,谁将脱颖而出?
2015-7-4发布

《安防工程商》:现有的编解码标准都有哪些?其基本原理是怎样?

海康威视武晓阳:按照是否公开的原则来分类,编解码标准有公开标准和私有标准。私有标准是由一家公司制定和独立运营,通常是不公开的,比如微软的WMV系列、On2 VP系列、Real Play的RV系列。而公开标准是由非盈利性的标准组织成立工作组来制定,从事视频相关的企业、研究单位都可以申请成为工作组成员,进行标准制定工作。影响最大的是ISO/IEC MPEG和ITU-T VCEG工作组,分别制定了MPEG系列标准和H.26x系列标准,并且成立联合工作组共同制定了MPEG-2、H.264、H.265标准。国内2002年成立了AVS工作组,制定了AVS系列的视频编码标准。现在的发展趋势是渐渐走向公开化,比如微软将WMV9通过SMTP组织公开为VC-1标准,Google将旗下VP8、VP9开源。

这些标准虽然在技术细节上不同,但编码的基本原理相同,都是基于混合编码框架,将预测编码技术、变换编码技术、以及熵编码技术融合在一起。

 

 《安防工程商》:各编解码标准的特点分别是什么?其中占主要地位的是哪几种?

海康威视武晓阳:视频标准应用最多的是ISO/IEC、ITU-T两大组织的系列标准,H.264、MPEG-4 Visual、MPEG-2等。据统计大约有80%以上的视频芯片支持H.264编解码标准,可以说H.264占据主流位置,也逐渐取代了该组织原有标准和其他标准(包括私有标准)的应用空间。H.265在2013年公布,作为继H.264之后新一代标准,在工业界引起巨大反响,有许多厂家开始进行H.265产品的研发,海康威视在今年北京展会推出基于H.265全系列超高清4K监控产品。H.265诞生不久,整个产业链的发展还需要时间,能否取代H.264的地位还有待观察。

相对H.264之前的标准,H.264在性能上有大的提升,相同图像质量下,码率比MPEG-2节省了60~70%,比MPEG-4 Visual节省了30%~40%;而且H.264针对全球网络化的趋势,改变原有的码流表示结构,使得压缩码流更加适合IP网络传输。

H.265继承了H.264的优点,编码性能相比H.264提升了50%,同时考虑处理器多核化的趋势,包含了多种能并行处理的技术,使得H.265的编解码更适合多核处理。

 

  《安防工程商》:各编解码标准的技术现状如何?其关键技术是什么?

海康威视武晓阳:现有在业界使用的视频编解码标准都采用相同的编码框架,先把图像分成大小相等的编码单元(H.264及之前标准成为宏块MB,H.265成为编码块CU),然后对编码单元进行预测编码、变换编码、以及熵编码等多种混合编码策略。正因为如此,该编码框架成为基于块的混合编码框架。

各标准之所以不同,而且编码性能差别很大,其原因在于每个标准对框架中不同模块的实现细节不同。H.264相对之前标准,关键技术包括适合分包传输的NAL结构,空域方向性帧内预测,不同分块大小(从16x16到4x4)的帧间预测、1/4像素的运动补偿、环路滤波、自适应熵编码等等。而H.265则进一步发展,提出了可调节编码单元(CU最大到64x64),更灵活的帧内预测模式,丰富的运动补偿块、变换块划分,增加了样本自适应补偿SAO技术,提供了TILE、WPP等支持并行处理机制。

 

  《安防工程商》:贵公司所使用的编解码标准/技术有哪些?主要应用于哪些领域的产品?

海康威视武晓阳:海康威视的产品面向市场,所使用的标准和技术也根据市场的发展和用户的需求来确定。目前,行业的主流应用是H.264标准,公司的产品也以H.264为主。在一些项目,客户有个性化的要求,公司也能够提供其他标准的产品,比如MPEG-4、MPEG-2等。随着H.265发布和在行业的影响,公司逐渐加大对H.265的投入,今年展会就推出全系列H.265产品,促进行业技术的发展。

海康威视是视频产品及内容服务提供商,前端各类摄像机、后端的DVR/NVR、以及综合平台、大屏显示等都是公司拳头产品,这些产品根据用户的需求都可能采用前述的编解码标准和相应的技术。

 

《安防工程商》:贵公司在使用编解码技术过程中所遇到的技术难点是什么?如何应对的?

海康威视武晓阳:海康威视是在视频监控领域采用H.264标准的企业,也是将H.264在视频监控领域成功应用的企业。在H.264产品化过程中,面临主要的技术难点有实时性、多路性和应用性要求等。

实时性要求产品能够快速进行编解码处理,比如摄像头要求达到每秒25帧编码;多路性要求产品能够同时对多路视频进行编码解码,比如主、子码流编码,多路解码回放;应用性则要求产品能够满足监控行业的个性化需求,比如可升缩存储、人脸车辆重点区域处理等。实时性、多路性对处理性能和资源要求很高,而应用性则对编码算法提出要求。为了克服上述技术难点,海康威视立足平台和算法,深挖平台的潜力以及编码算法性能。

 

《安防工程商》:您认为各编解码标准/技术的优劣势分别是怎样?

海康威视武晓阳:ISO/IEC和ITU-T都是国际标准组织,负责视频标准制作的分别是下属MPEG工作组和VCEG工作组,影响较大的视频标准MPEG-2、H.264、H.265均由这两个工作组联合制定。联合工作组采用会员方式,全球从事视频相关的企业都可以申请为会员,参与标准制定工作。比如国内企业华为、中兴,研究院校北大、浙大、清华都是其中活跃会员,在视频标准中持有专利。而且,联合工作组的标准制定工作充分公开,与标准相关的技术文档、参考源代码都可以在网上下载。可以说,H.264、H.265是真正的国际标准,集成了全球视频行业专家的智慧,适应于各行业的应用,产业界支持力度大。

 

《安防工程商》:编解码技术有何新技术、新应用?

海康威视武晓阳:H.265在去年已经发布,联合工作组JCT-VC的工作重心转移到屏幕图像编码(Screen Content Coding)、SVC、MVC等细分应用领域标准制定工作。与H.264不同之处:标准颁布后并没有很快成立关键技术领域(KTA),对提升编解码性能的底层技术进行研究。可以猜测学术界、工业界对视频压缩性能进一步提升的技术还处于探索前期。

核心技术的发展需要很长时间,从H.264到H.265经历了十年,可谓是十年磨一剑。针对具体行业领域的应用,视频编码技术同样展现了活力。首先,视频编解码与监控视频的特点相结合,进一步提升压缩效率;现在有研究机构和企业在探讨将背景帧技术引入到监控视频编码中,以进一步提高编码效率。其次,视频编解码与智能应用相结合,比如海康威视推出的Smart IPC,能够提升ROI区域的压缩质量,从而提高画面中人脸、人体、车辆等的质量。

 

《安防工程商》:您认为某一种编解码技术在推广过程中碍会是什么?该如何应对?

海康威视武晓阳:首先是技术上的突破,新标准要成功推广,在技术上要超过当前标准,保持技术的优势。比如,H.264逐渐取代MPEG-2、MPEG-4的应用,是因为H.264的压缩性能;同样,H.265相对H.264取得一倍性能的提升,同时兼顾并行处理计算。

其次是公平、公开的策略。标准的意义在于实施,在于业界共同遵守。要吸引企业参加,需要充分公开标准细节、参考代码、一致性测试码流等相关成果物,给每个企业公平竞争的机会。只有业内企业都参与支持,标准的活力才能展现。

还有就是知识产权政策。清晰的知识产权政策,能够解除企业的顾虑,降低企业推广该标准的风险。H.264、H.265标准都采用标准池方式,由MPEGLA组织统一收取专利费,明确规定收费标准。

 

《安防工程商》:编解码技术的发展趋势怎样?您怎样看?

海康威视武晓阳:从国际标准组织制定标准的思路来看,有几个特点,这些特点也体现了整个行业的发展。

第一,统一化。H.264、H.265标准的定位与以往标准不同,不再局限于某个领域的应用,而是以通用标准的形态出现,适合于视频应用的各行各业,包括卫星电视、数字电视、网络媒体、视频电话、视频会议、视频监控等等。

第二,专业化。H.264、H.265标准制定重点在于提升压缩性能,专注于如何以更少的码率获得更高的图像质量,而把与行业应用相关的功能留给系统层面解决。

第三,IP化。互联网已经是最大的网络,是视频传输和分发的主要通道,如何有效的通过IP协议传输,在标准中有所考虑。H.264、H.265采用NAL、条带等技术,使得视频码流更适合网络传输。

第四,并行化。多核处理器渐渐成为主流,H.265标准在制定中就考虑了并行计算,采用了Tile、WPP等技术。

H.265标准的推出和发展,对监控带来的影响可能有:第一,加速高清普及,推进超高清4K的发展;第二,降低存储和传输成本,进而影响安防行业整个解决方案;第三,随着码率降低和传输带宽增加,特别是无线带宽增加,监控应用场景更多,扩展到移动端,逐渐进入民用消费者。

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