H.265 IP系统解决方案:助力安防产业跨越超高清时代

2015年05月02日

H.265 IP系统解决方案:助力安防产业跨越超高清时代

 

[摘要] 高清化、网络化、智能化是近年来视频监控发展的三大趋势。整个行业的发展,无论是在应用上如平安城市、交通、银行、公检法司系统、其他专业行业系统,甚至民用系统如社区、楼宇等,还是在技术发展上,诸如500万以上高分辨率像素、编解码技术、视频智能分析、VMS管理系统等也以此趋势为主要演进的方向。其中,高清化是智能化的基础。

  文/季健佼 海思半导体有限公司芯片组市场部市场经理

  高清化、网络化、智能化是近年来视频监控发展的三大趋势。整个行业的发展,无论是在应用上如平安城市、交通、银行、公检法司系统、其他专业行业系统,甚至民用系统如社区、楼宇等,还是在技术发展上,诸如500万以上高分辨率像素、编解码技术、视频智能分析、VMS管理系统等也以此趋势为主要演进的方向。其中,高清化是智能化的基础。

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  高清视频监控的实现涉及到前端、网络、存储、转发、显示几大环节,缺少哪一个环节的高清化,都无法实现真正的高清监控。当前高清视频监控中存在两个最突出的问题:

  网络传输带宽问题:目前高清网络摄像机已经可以提供100万、200万、500万甚至800万像素的视频图像,以1080P为例,在画面流畅、画质良好的情况下,码流一般为4~6Mbit左右,如果一个系统中有几百、上千个高清监控点,那么整个网络的数据流会相当庞大。在网络传输中可能同时有用作存储的视频流,有实时和回放查看的视频流,有第三方系统需要调用的视频流,这样势必会给网络交换设备、服务器等造成非常大的压力,甚至引发网络崩溃,从而影响整个网络的稳定性。因此,面对有限的网络带宽如何满足庞大的数据流传输以及合理规划视频流的走向,已经成为高清监控必须要解决的首要问题。

  海量数据存储问题:对于视频监控应用来说,存储时长和容量成本一直是方案设计时需要反复权衡的关键矛盾之一。高清视频的存储会给存储设备带来非常大的压力,除了高码流会消耗更大的存储空间外,对存储设备的稳定性、可靠性、安全性也提出了更高的要求,如果存储设备性能不足,将会影响视频数据的正常写入。

  H.265/HEVC的前世今生

  有没有一种方案,既大幅降低码流,又保证高质量的图像画质呢?答案是采用更先进的视频编码技术H.265/HEVC。与H.264/AVC相比,H.265/HEVC的最大本领是可以在维持画质基本不变的前提下,让数据传输带宽缩减至H.264/AVC的一半。同时其还支持最高为7680*4320的分辨率,因此不管是以后的4K或者是更高级别的超高清视频,我们同样可以通过H.265/HEVC格式进行编码。那么,就让我们来揭开H.265/HEVC的神秘面纱!

  2003年前后,ITU-T VCEG(视频编码专家组)就启动了名为NGVC(Next-Generation Video Coding)的“探索”工程,其目的即在研究压缩性能超过H.264/AVC的“下一代视频编码”方案。但遗憾的是,H.264/AVC已经代表了当时最高水准的视频压缩技术,所以几经努力但收效甚微。

  2005年前后,基于H.264/AVC的各种改进方案被搜集起来,并组成了一个名为KTA(Key Technical Areas)的编码器。KTA算是“下一代视频编码”方案的一个雏形,并在随后的几年时间内不断沉淀各种改良算法。2009年6月,在MPEG举行的call-for-evidence活动中,历经6年锤炼的KTA被证明:针对高分辨率的视频源,KTA能够将H.264/AVC的压缩性能提高约30%。

  2010年1月,被“30%提升”激励的委员们终于挺直腰杆宣布组建联合工作组,此次的名号是JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding),同时向全世界征集编码方案。这种仪式感极强的动作有个术语,称为CFP(Call for Proposals)。同年4月,JCT-VC举行了第一次工作组会议,共27份编码方案参与了激烈的角逐。为了全面评估这些编码方案,JCT-VC共指定了5类测试视频源,涵盖了从WQVGA到720P/1080P HD直至Ultra HD在内的各种图像分辨率以及各种典型的图像帧率和码率。另外,JCT-VC还将所有的测试序列分为两类:其一为Random Access,允许参与评估的编码方案使用长度为8的GOP进行图像排列,其典型场景是数字电视广播应用;另一为Low Delay,此时禁止图像编码顺序重排列,其典型场景是对时延有严格限制的实时会话业务应用。

  经过细致评估分析,最后发现:对比H.264/AVC,在基于几乎相同的主观图像质量的前提下,参与测评方案中的佼佼者能够节省40%~60%的码率!换言之,对比现有的H.264/AVC,新提出的编码提案能够将压缩效率提高一倍左右。面对这个祥和愉快的结论,JCT-VC无法淡定了,于是“下一代视频编码”工作正式启动,并冠名为HEVC(High Efficiency Video Coding)。与此同时,相应的编码提案被纳入TmuC(Test Model under Consideration),成为HEVC最终方案的候选,在随后的时间内被不断测试、挑战和改进。从2010年开始至2011年1月,工作组发布了HEVC工作草案第一版(编号JCTVC-D503),预计全部工作将在2013年内完成。

海思H.265高清IP系统解决方案成就视频监控新价值

 

  笔者公司是全球视频监控市场最大的SoC芯片供应商和相关视频技术的领导者,产品线齐全,覆盖从标清、高清到超高清各个细分产品市场,为全球客户提供简单、快捷的服务和可靠、性价比高的灵活产品。在半导体工艺节点上,笔者公司28nm高性能、低功耗SoC芯片已经量产。在视频编解码标准方面,笔者公司持续领导视频监控产品市场从MPEG-4到H.264/AVC再到H.265/HEVC 的演进,引领视频监控进入超高清时代。

  2014年9月,笔者公司基于H.265/HEVC标准推出业界第一颗超高清网络摄像机处理器Hi3516A。该Hi3516A处理器采用先进的H.265/HEVC算法,改善了H.265/HEVC标准固有的图像振铃效应,极大减少了大运动场景下的拖尾现象和块效应,并在保持与H.264/AVC相同的图像画质下编码码流降低50%。同时,Hi3516A灵活的高性能ARM Cortex-A7处理器配合笔者公司第二代智能分析协处理单元IVE2.0,提供车牌、周界、人脸识别等多达40种智能分析应用。其真正的多帧合成WDR和第三代3D降噪技术,即使在恶劣的光照环境下也可提供出色的图像质量。Hi3516A最高支持500万超高清像素实时视频编码,并采用先进的网络传输技术,可实现低于100ms的网传延迟。在2015年,笔者公司将布局Hi3516其他系列的H.265高清网络摄像机处理器,完善产品序列,满足客户不同层级的需求。

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Hi3516A超高清网络摄像机SoC处理器

  对于视频监控行业应用来说,只有前端超高清视频采集设备是不能构成整体超高清视频监控系统的,需要有超高清视频监控后端存储和显示产品NVR的支持(图2)。

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超高清IP视频监控系统组成

  笔者公司在2015年6月配套推出业界第一颗专业H.265/HEVC超高清视频监控存储和显示产品NVR处理器Hi3536。该Hi3536处理器采用高性能的视频编解码器,最高可实时解码16路1080P H.265/HEVC视频流或者4路4K H.265/HEVC视频流,支持视频以4K@60帧的速率显示,或者同时支持多达9路1080P@30帧高清显示输出。同时,Hi3536灵活的高性能4核ARM Cortex-A17处理器(性能是同频率Cortex-A9处理器的1.6倍),主频高达1.6GHz,同时集成一颗ARM顶级GPU---Mali T721,支持客户实现各种完美的UI和智能相关辅助功能设计,并配合笔者公司自有的第二代智能分析协处理单元IVE2.0,提供车牌、周界、人脸识别等多达40种智能分析应用。Hi3536集成多达4个SATA3.0接口,满足超高清存储需求,同时支持双GMAC,网络速率高达640Mbit/秒。在2015年,笔者公司将布局Hi3536其他系列的H.265 NVR处理器,完善产品序列,满足客户不同层级的需求,配合前端H.265网络摄像机处理器芯片,形成一整套系列化的H.265高清IP解决方案,推动整个安防产业向以“IP+H.265”为基础的超高清时代迈进。

  2015年,随着笔者公司H.265/HEVC划时代产品即Hi3516A与Hi3536处理器的上市,超高清的画质以及低带宽的网络传输、存储与显示得以实现,解决了高清化和网络化带来的业界公认的“带宽、存储、显示”三大难题,必将引领整个视频监控产业进入一个新的发展时期。

 

来源:烟台三和网络系统有限公司
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