一、“最強(qiáng)”視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)

　　H.265標(biāo)準(zhǔn)全稱為高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding)，也即HEVC，相較于之前的H.264標(biāo)準(zhǔn)有了相當(dāng)大的改善。

　　H.265又何以讓如此多的行業(yè)都青睞有加?故事開始還是需要從H.264說起，H.264也稱作MPEG-4 AVC(Advanced Video Codec，高級(jí)視頻編碼)，因其可以得到比其他編碼標(biāo)準(zhǔn)更高的視頻質(zhì)量和更低的碼率，而得到了人們的認(rèn)可，被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)、各種高清晰度電視廣播以及衛(wèi)星電視廣播等領(lǐng)域。從編碼框架上來說，H.265仍然沿用了H.264的混合編碼框架，主要包含：幀內(nèi)預(yù)測(intra prediction)、幀間預(yù)測(inter prediction)、轉(zhuǎn)換 (transform)、量化 (quantization)、去區(qū)塊濾波器(deblocking filter)、熵編碼(entropy coding)等模塊。

　　如今更高清發(fā)展愈演強(qiáng)烈，H.264也遇到了瓶頸。以編碼單位來說，H.264中每個(gè)宏塊(marcoblock，MB)大小都是固定的16x16像素。然而，在更高分辨率下，單個(gè)宏塊所表示的圖像內(nèi)容信息大大減少，H.264所采用的宏塊經(jīng)過整數(shù)變換后，低頻系數(shù)相似程度也大大提高，出現(xiàn)大量冗余，導(dǎo)致H.264編碼對(duì)高清視頻的壓縮效率明顯降低;其次，H.264算法宏塊個(gè)數(shù)的爆發(fā)式增長，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)編碼宏塊的預(yù)測模式、運(yùn)動(dòng)矢量、參考幀索引和量化級(jí)等宏塊級(jí)參數(shù)信息占用更多碼流資源，在有限帶寬中，分配給真正描述圖像內(nèi)容的殘差系數(shù)信息的可用帶寬明顯減少了;再有，由于分辨率的提高，表示同一個(gè)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)矢量幅值也將大大增加，H.264編碼方式的特點(diǎn)是數(shù)值越大使用的比特?cái)?shù)越多，因此，隨著運(yùn)動(dòng)矢量幅值的大幅增加，H.264中用來對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行預(yù)測以及編碼的壓縮率也將逐漸降低。

　　相比H.264，H.265提供了更多不同的工具來降低碼率。H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。信息量不多的區(qū)域(顏色變化不明顯，比如天空的灰色部分)劃分的宏塊較大，編碼后的碼字較少，而細(xì)節(jié)多的地方(細(xì)節(jié)變化較多，比如大樓部分)劃分的宏塊就相應(yīng)的小和多一些，編碼后的碼字較多，這樣就相當(dāng)于對(duì)圖像進(jìn)行了有重點(diǎn)的編碼，從而降低了整體的碼率，編碼效率就相應(yīng)提高了。這個(gè)過程有點(diǎn)像“感興趣區(qū)域編碼”，針對(duì)重要的更多關(guān)鍵細(xì)節(jié)的部分進(jìn)行增強(qiáng)劃塊，無更多關(guān)鍵細(xì)節(jié)的部分進(jìn)行簡單劃塊，但是這個(gè)過程在H.265上可以自適應(yīng)識(shí)別實(shí)現(xiàn)。

　　總結(jié)發(fā)現(xiàn)，H.265和H.264主要的技術(shù)區(qū)別如下：

　　可以看到，H.265相比H.264最主要的改變是采用了塊的四叉樹劃分結(jié)構(gòu)，采用了從64x64~8x8像素的自適應(yīng)塊劃分，并基于這種塊劃分結(jié)構(gòu)采用一系列自適應(yīng)的預(yù)測和變換等編碼技術(shù)。除此之外，還引入了全新的SAO(Sample Adaptive Offset)技術(shù)，SAO是一種參考幀補(bǔ)償技術(shù)，從而提高幀間預(yù)測的準(zhǔn)確度。同時(shí)，在并行實(shí)現(xiàn)方面，H.265也采用了WPP (Wavefront Parallel Processing)和Tile技術(shù)，能夠充分發(fā)揮當(dāng)前主流處理器的多核并行能力。這些新技術(shù)的應(yīng)用，不但有效地提高壓縮性能，也為各種處理器平臺(tái)的有效實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展了空間。

　　反復(fù)的比較測試已經(jīng)表明，在相同的圖象質(zhì)量下，相比于H.264，通過H.265編碼的視頻碼流大小比H.264減少大約39-44%。由于質(zhì)量控制的測定方法不同，這個(gè)數(shù)據(jù)也會(huì)有相應(yīng)的變化。以目前主流的分辨率為例，H.265在1080p分辨率下相比H.264碼率降低40%~50%，在720p下相比降低30%~40%，這也就意味著，1080p全實(shí)時(shí)只需要1.5~2M左右的碼率。如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)表示碼率，縱坐標(biāo)表示PSNR(峰值信噪比)，圖像客觀質(zhì)量指標(biāo)，各條曲線為各種常見的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。此外，隨著分辨率的提升，H.265碼率降低也會(huì)更多。如圖4中，針對(duì)4K高清在行人、交通等場景下的測試也表明，H.265在4超高清分辨率下也可獲得相比H.264降低50%~60%的碼率。

　　由此看來，無論在功能還是性能上，H.265都幾乎對(duì)H.264有著全面性的進(jìn)步，是針對(duì)當(dāng)前視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的全面超越，這也使得H.265無可爭議的成為了當(dāng)下“最強(qiáng)”視頻壓縮技術(shù)。

　　二、H.265全國產(chǎn)化安防應(yīng)用

　　前面提到，如今安防走在更高清的路上，H.264等標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不再適用于更高清的安防規(guī)則了，安防需要有相比H.264更高效的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)一步推動(dòng)視頻高清化的發(fā)展，H.265呼之欲出。作為新一代的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，H.265最明顯的特點(diǎn)是：壓縮性能相比當(dāng)前視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.264提升了一倍。當(dāng)然，H.265的好處遠(yuǎn)不止4K更高清監(jiān)控這么簡單，舉個(gè)例子，在平安城市中炙手可熱的1080p全高清布控，H.264標(biāo)準(zhǔn)下1080p需要4M以上的碼率來保證圖像質(zhì)量，若采用H.265視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，則1080p僅需1~2M左右碼流，而整個(gè)存儲(chǔ)池就可以縮減為原來的一半，或者可以布控比原來多1倍以上的高清點(diǎn)位，又或者可以延長一倍以上的存儲(chǔ)時(shí)間。

　　說到這里，大家肯定會(huì)問，H.265能否具備民族化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和視頻信息安全上的保證?由于安防行業(yè)的特殊性，這也是用戶最關(guān)心的兩個(gè)方面。

　　我們先來了解一下H.265應(yīng)用到安防領(lǐng)域中各環(huán)節(jié)廠家起到的作用，可以用文字的發(fā)展應(yīng)用來類比。前期是標(biāo)準(zhǔn)的制定，主要由JCT-VT主導(dǎo)，這個(gè)過程有點(diǎn)像字典的編寫;然后芯片廠家使用H.265這本視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)字典，以不同的行文風(fēng)格(芯片算法)，寫出一篇篇文章(壓縮碼流)，這是實(shí)現(xiàn)層;到了應(yīng)用層，更多的掌握在視頻監(jiān)控廠家手里，他們更多的作用是H.265文章的收集者，經(jīng)過排版、優(yōu)化做成各式書籍(產(chǎn)品)，對(duì)外進(jìn)行產(chǎn)品化銷售。由國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO和國際電信聯(lián)合會(huì)ITU聯(lián)合小組JCT-VT指定的H.265，集合了中美韓日等多國大學(xué)、企業(yè)、研究所等組織的頂尖技術(shù)力量，則可以視為目前定義最精確、效率最高的全球通用字典。

　　從產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用層來看，H.265可以實(shí)現(xiàn)全國產(chǎn)化。在底層應(yīng)用方面，國內(nèi)部分方案提供商已經(jīng)陸續(xù)推出了基于H.265編碼算法的壓縮芯片，而華為等中國企業(yè)擁有相當(dāng)一部分H.265核心專利，是該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者之一，華為海思即將推出業(yè)界第一顆基于H.265標(biāo)準(zhǔn)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)處理器Hi3516A。與此同時(shí)，國內(nèi)的安防廠商也在積極地推動(dòng)著H.265視頻標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，基于H.265方案的編解碼設(shè)備陸續(xù)發(fā)布。再來看H.265的產(chǎn)品應(yīng)用，目前國內(nèi)安防廠家基本都具備了產(chǎn)品化的研發(fā)實(shí)力，包括以?？低暤绕髽I(yè)為代表的廠家都相繼推出了支持H.265的產(chǎn)品。所以說，不論從芯片還是到產(chǎn)品，H.265均可做到國產(chǎn)化。

　　再來看安防行業(yè)最關(guān)注的信息安全問題，這就涉及到數(shù)據(jù)的加密。說到底，數(shù)據(jù)加密其實(shí)是和視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)不同范疇的兩種技術(shù)。視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的核心是用盡量少的數(shù)據(jù)量來精確定義所承載的視頻信息，提高數(shù)據(jù)壓縮性能，數(shù)據(jù)的安全性則由加密來保證。這一關(guān)系同樣可以用字典文字來類比。采用不同的視頻壓縮算法，好比利用不同的字典來寫文章。只要是“標(biāo)準(zhǔn)化”的字典或視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)信息的表述就必須有清晰的定義，好比中文和英文都能被人讀懂，沒有信息安全方面的差異。寫出來的文字信息如果希望安全，則需要在存儲(chǔ)或傳輸?shù)臅r(shí)候進(jìn)行加密，例如在傳輸信道上加密加擾，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置密碼，控制訪問權(quán)限等。同樣的，視頻監(jiān)控的信息安全與否，取決于安防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式、權(quán)限管理方案、密碼保護(hù)方法，與視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)。在加密和標(biāo)準(zhǔn)層面上，目前國內(nèi)大型安防廠家基本都已經(jīng)具備了完善的安全加密實(shí)力。舉例來說，目前安防炙手可熱的云儲(chǔ)存技術(shù)，大家最關(guān)心的問題也是信息安全問題，以?？低暈槔？低曉苾?chǔ)存就提供了可靠的安全加密保障，在很多項(xiàng)目上均有大規(guī)模運(yùn)用。在很多平安城市級(jí)的項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)安全更是人們關(guān)心的問題，目前主流的監(jiān)控廠家均具備加密開發(fā)實(shí)力，并且這種加密機(jī)制也做得相當(dāng)完善。

　　三、H.265引領(lǐng)安防新標(biāo)準(zhǔn)

　　從前面兩個(gè)維度來看，華為海思等芯片企業(yè)、?？低暤劝卜榔髽I(yè)，都在投入H.265的研究，從而極大推進(jìn)了H.265在安防領(lǐng)域的應(yīng)用，使得H.265具備了極大的國產(chǎn)化應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于H.265標(biāo)準(zhǔn)是在H.264標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上逐步發(fā)展起來的，可向下兼容H.264，結(jié)合H.264在視頻應(yīng)用領(lǐng)域的主流地位可以預(yù)測出H.265標(biāo)準(zhǔn)在未來具有廣大的發(fā)展前景。

　　可以想象，在未來的很長一段時(shí)間里，H.265新標(biāo)準(zhǔn)必將引領(lǐng)安防的主流，H.265的民族化發(fā)展又恰好順應(yīng)了這一趨勢(shì)。