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  • 新一代视频编码优势凸显

        2012年8月,H.265视频编解码标准草案正式获得ITU组织的批准,吹响超高清时代的号角,以更低的技术成本,获得更高的压缩比率(压缩率较H.264提升30~50%)和更好的图像质量(高达7680X4320分辨率的图像),随着H.265产业链的日益成熟,视频监控过渡到超高清时代将是指日可待。视频编码助力解决高清难题,高效视频编码技术的前景非常广阔。
        新一代视频编码技术优势凸显
        近年来,随着H.264标准的推出,视频获得上百倍的压缩,这使得视频内容以网络化传输成为可能,同时随着对更高图像品质的诉求,要求视频图像达到720P/1080P分辨率,H.264编解码技术推动高清网络视频监控时代到来。人类对视频图像品质的追求是永无止境的。
        如何最大效率利用传输带宽和存储空间?根本上解决需要从视频压缩码流入手,采用H.265技术的视频压缩比H.264提升30~50%,根据测算可能带来的投资节省高达20%,甚是可观。
        视频图像信号的空间冗余度和时间冗余度很大,为消除这种冗余,降低视频应用门槛,提升用户的感知体验,人类展开不懈的研究和探索。而由于编解码算法复杂,为保证编码图像的通用性,相关国际组织基于最新的视频编解码研究成果制订了图像编码系列标准,主要有ITU-T(国际电联)的H系列图像标准(H.261/263/264/265)和运动图像专家组MPEG系列标准(MPEG1/2/4)。在进入21世纪以后,由于互联网的崛起、三网融合趋势加强等原因,两大组织的标准技术逐步融合。
        追本溯源,正是视频编解码标准,推动视频监控走向数字化、网络化,并将推动视频监控业务走向高清、超高清时代。通过视频编解码技术的革新发展历程,我们完全可以洞悉视频监控的发展脉络。在视频非压缩时代,一个低分辨率的视频图像都需要上百兆的带宽,以数字化介质存储和网络化传输根本不现实的,那个时代视频监控只能以模拟形式存在。随着MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4标准的推出,视频大小获得数十倍的压缩,使得视频采用数字介质记录成为可能,但由于视频传输仍占用过大带宽,网络化传输尚不现实。
        视频编码倾力解决高清难题
        高清网络摄像机使图像清晰度有了质的飞跃,但是也给高清监控系统带来了一系列现实的问题。高清监控要解决的三大核心问题是:带宽问题、显示问题、存储问题。
        带宽问题:由于目前网络带宽有限,高清视频带来的高码率成为其最大的推广瓶颈。如何用尽可能低的码率传输尽可能高质量的视频是高清监控需要解决的首要问题。同时由于网络的异构性,不同的网络具有不同的信道特性,不同的用户享受到的网络带宽也不相同,甚至同一用户的带宽也可能是随时变化的。随着监控领域的发展,各种用户终端都有连接监控视频的需要,如局域网监控网络带宽较为理想,用户希望浏览高质量的视频;而手机监控领域由于带宽有限,用户更看重的是低码率下的视频流畅性。如何适应这些不同的带宽环境也是高清监控设备需要解决的问题。
        显示问题:相对于标清视频,高清视频的信息量大为丰富,相应的对解码显示性能要求也大大提高,如目前主流的PC机可以轻松实现8路D1标清视频的解码显示,但若前端是1080P高清视频,只能勉强解码显示1路。对于大型视频监控平台,若全部使用高清视频,服务器解码压力会很大。
        存储问题:图像分辨率的提升,必然会消耗更大的存储空间。以1920×1080@30帧视频为例,利用H264的编码算法,为保证清晰度,码流需保持在6Mbps以上,约为标清视频的4-8倍。在标清视频条件下,一台16路DVR内置8快2T硬盘即可满足长时间视频存储需求,而在高清监控中,这一时间将被大大缩短,即会带来存储成本的增加。      高效视频编码技术前景广阔
        通过新的视频编码技术,未来录像带可以通过自动检索,迅速锁定犯罪嫌疑人并自动报警。高效视频编码技术的前景非常广阔。现在,很多大城市热衷于花钱买摄像头,拉线架起来,然后配上安保人员“蹲”在屏幕前监控,看到异常情况打电话报告。对此,高文认为,现代城市摄像头密布,一遇到重大案件,就调取录像资料看。但事件发生后,录像资料往往对应急联动没什么帮助。
        如果设计视频编码时,让系统能把数据中有用的信息主动抽取、挖掘并分析出来,不但能节省后期的人力投入,而且能起到应急的作用。比如说,破案过程中,人和汽车往往是警方关注的要素。我们可以通过编码,让录像把人和汽车录得清楚一点,其他的背景模糊一点。把感兴趣的区域在编码时标注出来,把监控对象和线索锁定好,后面就好分析了。
        目前,发生突发事件后,警方一般都会调取监控录像,与犯罪嫌疑人的照片进行人工比对,这是破案的常规手法。高文介绍说,通过新型视频编码技术,可以让录像自动报警。
        只要把人脸识别、车牌识别、人群密度、汽车加速等情况输入系统,一旦吻合,就会自动锁定犯罪嫌疑人,不管他跑到哪里,摄像头都会实时通报。这种技术也可以用于地铁、机场等场所的跟踪,通过人脸识别,破案就省力多了。
        如果是一个此前没有犯罪记录的人作案,先进的视频编码技术也有办法。只要一个人出现异常行为,比如徘徊、东西反复拿起来放下去、东张西望等,就会被摄像头盯上,这样搜索的范围会大大缩小。要实现这一点,只要事先设计一些行为模型就可以。
        视频编码技术听上去很专业,但和人们的生活有很大的关联。高文进一步介绍说,通过编码,可以将视频压缩,传输到互联网或者数字电视上。“一个高清视频所占带宽是1.5G,而现在家庭的带宽只有1G,根本无法传送,更何况要看一两百个频道。编码则可以将视频压缩一两百倍。”高文表示,现在的编码技术可以压缩1/150,一个频道10M带宽就够了。
        同时,新一代的编码技术正在研究中,预计可以压缩到1/300,一个频道5M就够了。再过20年,可能1M就够了。那时,一般家庭能看到更多频道,理论上可以达到1000个,而且可以自己去找频道,不用等着别人提供。
        此外,视频编码技术的革新,对移动互联网也会有很大影响。现在用手机拍照、拍视频,如果要与人分享,自己传输过去要占很多带宽,包月套餐用几次就光了。但如果使用新的编码技术,把图像或视频中的关键区域或部位提取并传输出去,就可以大大节省流量。