高清化、網絡化、智能化是近年來視頻監(jiān)控發(fā)展的三大趨勢。整個行業(yè)的發(fā)展，無論是在應用上如平安城市、交通、銀行、公檢法司系統、其他專業(yè)行業(yè)系統，甚至民用系統如社區(qū)、樓宇等，還是在技術發(fā)展上，諸如500萬以上高分辨率像素、編解碼技術、視頻智能分析、VMS管理系統等也以此趨勢為主要演進的方向。其中，高清化是智能化的基礎。
高清視頻監(jiān)控的實現涉及到前端、網絡、存儲、轉發(fā)、顯示幾大環(huán)節(jié)，缺少哪一個環(huán)節(jié)的高清化，都無法實現真正的高清監(jiān)控。當前高清視頻監(jiān)控中存在兩個最突出的問題：
網絡傳輸帶寬問題：目前高清網絡攝像機已經可以提供100萬、200萬、500萬甚至800萬像素的視頻圖像，以1080P為例，在畫面流暢、畫質良好的情況下，碼流一般為4~6Mbit左右，如果一個系統中有幾百、上千個高清監(jiān)控點，那么整個網絡的數據流會相當龐大。在網絡傳輸中可能同時有用作存儲的視頻流，有實時和回放查看的視頻流，有第三方系統需要調用的視頻流，這樣勢必會給網絡交換設備、服務器等造成非常大的壓力，甚至引發(fā)網絡崩潰，從而影響整個網絡的穩(wěn)定性。因此，面對有限的網絡帶寬如何滿足龐大的數據流傳輸以及合理規(guī)劃視頻流的走向，已經成為高清監(jiān)控必須要解決的首要問題。
海量數據存儲問題：對于視頻監(jiān)控應用來說，存儲時長和容量成本一直是方案設計時需要反復權衡的關鍵矛盾之一。高清視頻的存儲會給存儲設備帶來非常大的壓力，除了高碼流會消耗更大的存儲空間外，對存儲設備的穩(wěn)定性、可靠性、安全性也提出了更高的要求，如果存儲設備性能不足，將會影響視頻數據的正常寫入。
H.265/HEVC的前世今生
有沒有一種方案，既大幅降低碼流，又保證高質量的圖像畫質呢?答案是采用更先進的視頻編碼技術H.265/HEVC。與H.264/AVC相比，H.265/HEVC的最大本領是可以在維持畫質基本不變的前提下，讓數據傳輸帶寬縮減至H.264/AVC的一半。同時其還支持最高為7680*4320的分辨率，因此不管是以后的4K或者是更高級別的超高清視頻，我們同樣可以通過H.265/HEVC格式進行編碼。那么，就讓我們來揭開H.265/HEVC的神秘面紗!
2003年前后，ITU-T VCEG(視頻編碼專家組)就啟動了名為NGVC(Next-Generation Video Coding)的“探索”工程，其目的即在研究壓縮性能超過H.264/AVC的“下一代視頻編碼”方案。但遺憾的是，H.264/AVC已經代表了當時最高水準的視頻壓縮技術，所以幾經努力但收效甚微。
2005年前后，基于H.264/AVC的各種改進方案被搜集起來，并組成了一個名為KTA(Key Technical Areas)的編碼器。KTA算是“下一代視頻編碼”方案的一個雛形，并在隨后的幾年時間內不斷沉淀各種改良算法。2009年6月，在MPEG舉行的call-for-evidence活動中，歷經6年錘煉的KTA被證明：針對高分辨率的視頻源，KTA能夠將H.264/AVC的壓縮性能提高約30%。
2010年1月，被“30%提升”激勵的委員們終于挺直腰桿宣布組建聯合工作組，此次的名號是JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)，同時向全世界征集編碼方案。這種儀式感極強的動作有個術語，稱為CFP(Call for Proposals)。同年4月，JCT-VC舉行了第一次工作組會議，共27份編碼方案參與了激烈的角逐。為了全面評估這些編碼方案，JCT-VC共指定了5類測試視頻源，涵蓋了從WQVGA到720P/1080P HD直至Ultra HD在內的各種圖像分辨率以及各種典型的圖像幀率和碼率。另外，JCT-VC還將所有的測試序列分為兩類：其一為Random Access，允許參與評估的編碼方案使用長度為8的GOP進行圖像排列，其典型場景是數字電視廣播應用;另一為Low Delay，此時禁止圖像編碼順序重排列，其典型場景是對時延有嚴格限制的實時會話業(yè)務應用。
經過細致評估分析，最后發(fā)現：對比H.264/AVC，在基于幾乎相同的主觀圖像質量的前提下，參與測評方案中的佼佼者能夠節(jié)省40%~60%的碼率!換言之，對比現有的H.264/AVC，新提出的編碼提案能夠將壓縮效率提高一倍左右。面對這個祥和愉快的結論，JCT-VC無法淡定了，于是“下一代視頻編碼”工作正式啟動，并冠名為HEVC(High Efficiency Video Coding)。與此同時，相應的編碼提案被納入TmuC(Test Model under Consideration)，成為HEVC最終方案的候選，在隨后的時間內被不斷測試、挑戰(zhàn)和改進。從2010年開始至2011年1月，工作組發(fā)布了HEVC工作草案第一版(編號JCTVC-D503)，預計全部工作將在2013年內完成。
海思H.265高清IP系統解決方案成就視頻監(jiān)控新價值
筆者公司是全球視頻監(jiān)控市場最大的SoC芯片供應商和相關視頻技術的領導者，產品線齊全，覆蓋從標清、高清到超高清各個細分產品市場，為全球客戶提供簡單、快捷的服務和可靠、性價比高的靈活產品。在半導體工藝節(jié)點上，筆者公司28nm高性能、低功耗SoC芯片已經量產。在視頻編解碼標準方面，筆者公司持續(xù)領導視頻監(jiān)控產品市場從MPEG-4到H.264/AVC再到H.265/HEVC 的演進，引領視頻監(jiān)控進入超高清時代。
2014年9月，筆者公司基于H.265/HEVC標準推出業(yè)界第一顆超高清網絡攝像機處理器Hi3516A。該Hi3516A處理器采用先進的H.265/HEVC算法，改善了H.265/HEVC標準固有的圖像振鈴效應，極大減少了大運動場景下的拖尾現象和塊效應，并在保持與H.264/AVC相同的圖像畫質下編碼碼流降低50%。同時，Hi3516A靈活的高性能ARM Cortex-A7處理器配合筆者公司第二代智能分析協處理單元IVE2.0，提供車牌、周界、人臉識別等多達40種智能分析應用。其真正的多幀合成WDR和第三代3D降噪技術，即使在惡劣的光照環(huán)境下也可提供出色的圖像質量。Hi3516A最高支持500萬超高清像素實時視頻編碼，并采用先進的網絡傳輸技術，可實現低于100ms的網傳延遲。在2015年，筆者公司將布局Hi3516其他系列的H.265高清網絡攝像機處理器，完善產品序列，滿足客戶不同層級的需求。
Hi3516A超高清網絡攝像機SoC處理器
對于視頻監(jiān)控行業(yè)應用來說，只有前端超高清視頻采集設備是不能構成整體超高清視頻監(jiān)控系統的，需要有超高清視頻監(jiān)控后端存儲和顯示產品NVR的支持(圖2)。
超高清IP視頻監(jiān)控系統組成
筆者公司在2015年6月配套推出業(yè)界第一顆專業(yè)H.265/HEVC超高清視頻監(jiān)控存儲和顯示產品NVR處理器Hi3536。該Hi3536處理器采用高性能的視頻編解碼器，最高可實時解碼16路1080P H.265/HEVC視頻流或者4路4K H.265/HEVC視頻流，支持視頻以4K@60幀的速率顯示，或者同時支持多達9路1080P@30幀高清顯示輸出。同時，Hi3536靈活的高性能4核ARM Cortex-A17處理器(性能是同頻率Cortex-A9處理器的1.6倍)，主頻高達1.6GHz，同時集成一顆ARM頂級GPU---Mali T721，支持客戶實現各種完美的UI和智能相關輔助功能設計，并配合筆者公司自有的第二代智能分析協處理單元IVE2.0，提供車牌、周界、人臉識別等多達40種智能分析應用。Hi3536集成多達4個SATA3.0接口，滿足超高清存儲需求，同時支持雙GMAC，網絡速率高達640Mbit/秒。在2015年，筆者公司將布局Hi3536其他系列的H.265 NVR處理器，完善產品序列，滿足客戶不同層級的需求，配合前端H.265網絡攝像機處理器芯片，形成一整套系列化的H.265高清IP解決方案，推動整個安防產業(yè)向以“IP+H.265”為基礎的超高清時代邁進。
2015年，隨著筆者公司H.265/HEVC劃時代產品即Hi3516A與Hi3536處理器的上市，超高清的畫質以及低帶寬的網絡傳輸、存儲與顯示得以實現，解決了高清化和網絡化帶來的業(yè)界公認的“帶寬、存儲、顯示”三大難題，必將引領整個視頻監(jiān)控產業(yè)進入一個新的發(fā)展時期。
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