主頁(yè)（http://www.130131.com）：淺談視頻監(jiān)控行業(yè)編解碼技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

一、 編解碼技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前國(guó)內(nèi)主流視頻監(jiān)控設(shè)備廠商如大華、�？�、宇視、天地偉業(yè)等，從前端球機(jī)、槍機(jī)，到后端的NVR/ESS/EVS存儲(chǔ)、矩陣等設(shè)備，普遍使用的是MPEG-4與H.264編解碼技術(shù)，因?yàn)镸PEG-4/H.264編碼技術(shù)比較成熟，相應(yīng)的編解碼芯片廠商也較多，因此使用最為廣泛，不同廠家設(shè)備之間的兼容性也好。但隨著500W/800W/1200W等高清攝像機(jī)推廣應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬與錄像存儲(chǔ)空間卻承受嚴(yán)峻的考驗(yàn)，優(yōu)化算法，提高壓縮效率，減少時(shí)延的需求使H.265編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)勢(shì)而生，它將在未來(lái)逐步的被廣泛使用。

同時(shí)，由于H.264/H.265是ITU-T國(guó)際電聯(lián)組織制定提出的一系列視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)全世界公開(kāi)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，為提高視頻數(shù)據(jù)安全保密性，保障視頻信息質(zhì)量，由我國(guó)公安部第一研究所牽頭組織，在現(xiàn)有視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)創(chuàng)新的技術(shù)改進(jìn)和加密，形成了一套我國(guó)自有的安全防范監(jiān)控?cái)?shù)字視音頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱SVAC標(biāo)準(zhǔn)，它在政府類監(jiān)控項(xiàng)目采購(gòu)中率先推廣應(yīng)用。

因此來(lái)說(shuō)，在目前的視頻監(jiān)控行業(yè)領(lǐng)域，基本保持著MPEG-4/H.264為主，H.265/SVAC為輔的局面。

二、 主要編解碼技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

前文我們提過(guò)，在視頻監(jiān)控設(shè)備領(lǐng)域，目前主要采用的編解碼標(biāo)準(zhǔn)為MPEG-4/H.264技術(shù)，當(dāng)然，隨著H.265芯片技術(shù)的不斷成熟，憑借其更強(qiáng)的優(yōu)越性能，將會(huì)逐步取代H.264并成為行業(yè)的主流應(yīng)用技術(shù)。大安防系列化產(chǎn)品也就從前端、存儲(chǔ)到解碼會(huì)發(fā)生全面性的變化。下面我們將對(duì)目前主要的幾種編解碼技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用做具體介紹。

MPEG-4編碼技術(shù)

MPEG：Moving Pictures Experts Group動(dòng)態(tài)圖象專家組，是一個(gè)致力于運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)化工作的組織，MPEG-4是在MPEG-1、MPEG-2基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其中MPEG-1主要用于VCD的應(yīng)用，MPEG-2主要用于廣播電視和DVD等;MPEG4于2000年初正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它是一個(gè)適用于低傳輸速率應(yīng)用的方案。與MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性，表現(xiàn)的更為具體一點(diǎn)，那就是采用MPEG-1與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮的視頻文件體積很大，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)傳輸。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)則是基于對(duì)象和內(nèi)容的編碼方式，和傳統(tǒng)的圖像幀編碼方式不同，它只處理圖像幀與幀之間的差異元素，拋棄相同圖像元素，因此大大減少了合成多媒體文件的體積，從而以較小的文件體積同樣可得到高清晰的還原圖像。換句話說(shuō)，相同的原始圖像，MPEG-4編碼標(biāo)準(zhǔn)具有更高的壓縮比。

視頻監(jiān)控的早期產(chǎn)品，如模擬攝像機(jī)、CVR/DVR、采用的就是MPEG-4編碼技術(shù)。

H.264編碼技術(shù)

H.264是ITU-T國(guó)際電聯(lián)與ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織聯(lián)合制定的視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它同時(shí)也是MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的第十部分。H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。一個(gè)原始文件是102G大小的視頻，經(jīng)過(guò)H.264編碼后變成了1個(gè)G，壓縮比竟達(dá)到了102:1!H.264的低碼率技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用，在用戶獲得高質(zhì)量流暢圖像的同時(shí)，大大節(jié)省了下載時(shí)間和數(shù)據(jù)流量，也大大減少了圖像存儲(chǔ)空間。

H.264是在MPEG-4技術(shù)的基礎(chǔ)之上建立起來(lái)的，其編解碼流程主要包括5個(gè)部分：幀間和幀內(nèi)預(yù)測(cè)(Estimation)、變換(Transform)和反變換、量化(Quantization)和反量化、環(huán)路濾波(Loop Filter)、熵編碼(Entropy Coding)。

H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，是當(dāng)下最流行使用的一種編解碼技術(shù)。目前大大小小的視頻監(jiān)控設(shè)備廠家，都具備該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用能力。

在過(guò)去幾年的發(fā)展中，高性能的DSP芯片對(duì)H.264標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用發(fā)揮了重要的貢獻(xiàn)。DSP芯片，全稱是數(shù)字信號(hào)處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它有處理能力強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短、用戶開(kāi)發(fā)自由度大等特點(diǎn)，被越來(lái)越多地應(yīng)用于視頻壓縮領(lǐng)域。美國(guó)TI公司有很豐富的經(jīng)驗(yàn)，是業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者，產(chǎn)品系列有C20x，24×5x，54x，62x，64x定點(diǎn)DSP和C3x，4x，67xx等浮點(diǎn)DSP;同時(shí)intel公司也不斷推出netra、baytrail系列解碼芯片，海思最新的3536芯片，給后端的解碼顯示提供了有力的硬件支持。

由于H.264的高壓縮性能，目前市場(chǎng)上主流的視頻監(jiān)控設(shè)備基本采用的是H.264標(biāo)準(zhǔn)。

H.265編碼技術(shù)

視頻監(jiān)控前端采集設(shè)備如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的清晰度從100萬(wàn)、200萬(wàn)到300萬(wàn)、500萬(wàn)，魚(yú)眼相機(jī)已經(jīng)達(dá)到了800萬(wàn)、1200萬(wàn)像素，這意味著超高清時(shí)候一步步的向我們走來(lái)。在近一年的時(shí)間里，眾多的顯示屏設(shè)備廠商已經(jīng)在極力的宣傳4K超高清產(chǎn)品，如海信、三星、創(chuàng)維等。而在視頻監(jiān)控行業(yè)，眾多業(yè)務(wù)知名安防廠商都已經(jīng)推出了自己的4K產(chǎn)品，800萬(wàn)攝像機(jī)，4K采集、4K解碼、4K電視墻產(chǎn)品，并能形成一整套的4K綜合解決方案。

超高清的體驗(yàn)，帶來(lái)的卻是傳輸和存儲(chǔ)的強(qiáng)大挑戰(zhàn)。舉例來(lái)說(shuō)，1路1080P@25fps的圖像，裸數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸�寬大概需�?.4G，采用H.264編碼后，可以得到6M或8M的碼流;如果前端換成800萬(wàn)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，采用同樣的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，那么碼流大小至少20M以上，因此，需要一種更高壓縮性能的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)來(lái)節(jié)省用戶的投資，同時(shí)獲得高清晰的圖像顯示。

H.265技術(shù)是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來(lái)的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。H264由于算法優(yōu)化，可以低于1Mbps的速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送;H265則可以實(shí)現(xiàn)利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P(分辨率1280*720)普通高清音視頻傳送。

H.265旨在在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質(zhì)量的視頻。H.265標(biāo)準(zhǔn)也同時(shí)支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清視頻�？梢哉f(shuō)，H.265標(biāo)準(zhǔn)讓網(wǎng)絡(luò)視頻跟上了顯示屏"高分辨率化"的腳步。

在今年的深圳安博會(huì)上，H.265技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)悄然興起，從前端攝像機(jī)、到后端存儲(chǔ)，從編碼器到解碼器、視頻綜合平臺(tái)等設(shè)備，都已經(jīng)打上了H.265的標(biāo)記。各個(gè)參展廠家也在積極宣傳推廣自己的H.265技術(shù)產(chǎn)品，預(yù)計(jì)在未來(lái)的2年內(nèi)，H.265又將成為視頻監(jiān)控設(shè)備的主流編解碼技術(shù)。

SVAC編碼技術(shù)

SVAC全稱Surveillance Video and Audio Coding《安全防范監(jiān)控?cái)?shù)字視音頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，是由中星微電子和公安部第一研究所共同建立的一套編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。SVAC是第一個(gè)旨在解決安全防范監(jiān)控行業(yè)獨(dú)特要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)確立中國(guó)公安和犯罪預(yù)防體系來(lái)說(shuō)特別重要。

自從“安全門(mén)”事件之后，信息安全的管理越來(lái)越得到重視。SVAC編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是一項(xiàng)非國(guó)際性的標(biāo)準(zhǔn)，主要用于安防視頻監(jiān)控的應(yīng)用。其目的在于加強(qiáng)安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)在公安監(jiān)控與報(bào)警平臺(tái)的安全應(yīng)用。目前支持SVAC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的只有中星微等少數(shù)廠家，芯片技術(shù)部是非常成熟，價(jià)格相對(duì)較高，國(guó)內(nèi)安防知名廠商如大華、�？怠⑻斓貍�業(yè)等還是以H.264、MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)為主流，同時(shí)也有少量設(shè)備支持SVAC標(biāo)準(zhǔn)，但都以軟件編解碼的方式實(shí)現(xiàn)。

SVAC編碼技術(shù)在原有H.264/MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)上，也進(jìn)行了技術(shù)上的創(chuàng)新，如支持高精度視頻數(shù)據(jù)，在高動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景提供更多圖像細(xì)節(jié)，減少編解碼環(huán)節(jié)的圖像信息損失;支持感興趣區(qū)域(ROI)變質(zhì)量編碼，在網(wǎng)絡(luò)帶寬存儲(chǔ)空間有限的情況下，提供更符合監(jiān)控需要的高質(zhì)量視頻編碼;支持監(jiān)控專用信息(絕對(duì)時(shí)間、智能分析結(jié)果、報(bào)警信息)，便于視音頻內(nèi)容的有效管理和綜合利用;支持加密和認(rèn)證，保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的保密性、真實(shí)性和完整性等。該標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)殚_(kāi)放性小，兼容性也將是個(gè)問(wèn)題，與目前市場(chǎng)上的多種視頻系列化設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)很好的融合對(duì)接，這將大大限制了市場(chǎng)使用的局限性。

但從目前的市場(chǎng)來(lái)看，從廣東省先行試點(diǎn)強(qiáng)制實(shí)行開(kāi)始，基本上廠家的設(shè)備都要求支持SVAC標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)開(kāi)始使用大量的SVAC前端，這一趨勢(shì)正在網(wǎng)周邊的廣西、湖南等省份擴(kuò)展，相信在未來(lái)的幾年內(nèi)，具有中國(guó)自主專利技術(shù)的SVAC標(biāo)準(zhǔn)將在國(guó)內(nèi)得到普遍支持和應(yīng)用，目前成熟的SVAC技術(shù)還停留在1.0初步階段，許多功能還需要進(jìn)一步優(yōu)化，我們期待SVAC2.0版本的發(fā)布。

三、 H.265與Smart265、SVAC2.0優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比分析

H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來(lái)的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。其高效的壓縮性能，在逐步發(fā)展的超高清時(shí)代，它將替代H.264成為編碼技術(shù)的主流，支持的廠家與設(shè)備會(huì)越來(lái)越多，得到普遍應(yīng)用。目前支持H.265編解碼的芯片選擇性并不是太多，因此一些比較有實(shí)力的視頻監(jiān)控設(shè)備廠家都會(huì)加入自己的一些智能算法，以獲得更好的性能或應(yīng)用。

從編碼效率上來(lái)說(shuō)，SVAC優(yōu)于H.264，但和H.265相比就略遜一籌。SVAC2.0編碼技術(shù)是在原有的SVAC1.0的基礎(chǔ)上加入智能分析等智能功能，進(jìn)一步縮短編解碼速率，豐富更多的應(yīng)用。SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)的推行，在國(guó)家信息安全政策的強(qiáng)制要求下，市場(chǎng)的潛力非常大，越來(lái)也多的廠家和研究機(jī)構(gòu)都會(huì)參與SVAC技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，未來(lái)SVAC2.0或SVAC3.0將越來(lái)越成熟，與H.265的全面抗衡指日可待。

下面就這三種不同的編碼技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)要的對(duì)比：

四、 影響編解碼技術(shù)發(fā)展的要素

視頻編碼技術(shù)是對(duì)前端攝像機(jī)采集過(guò)來(lái)的數(shù)字視頻進(jìn)行壓縮，在保證圖像質(zhì)量的情況下，采用高效的圖像壓縮方式，以節(jié)省傳輸帶寬和視頻存儲(chǔ)空間。而在未來(lái)的視頻監(jiān)控領(lǐng)域，將結(jié)合圖像實(shí)現(xiàn)更多的智能化應(yīng)用，如當(dāng)今比較火熱的智能交通、智慧小區(qū)、智慧法庭、智慧校園、甚至云視頻、安防互聯(lián)網(wǎng)+等業(yè)務(wù)。編解碼技術(shù)的發(fā)展不僅需要滿足越來(lái)越高的用戶體驗(yàn)需求，同時(shí)也需要按照安防市場(chǎng)的發(fā)展與行業(yè)應(yīng)用方案來(lái)推進(jìn)。

首先，壓縮性能是編碼技術(shù)的重點(diǎn)，前端設(shè)備越來(lái)越高清，通過(guò)算法優(yōu)化、幀間預(yù)測(cè)、場(chǎng)景預(yù)測(cè)壓縮數(shù)據(jù)的大小，從而提高壓縮效率。以同等或較小的視頻帶寬就能獲得更高清晰的畫(huà)面。在快速發(fā)展的移動(dòng)智能客戶端，低帶寬也可享受1080P的高清畫(huà)面。

其次，智能算法與智能分析不僅優(yōu)化碼流質(zhì)量，同時(shí)智能化的監(jiān)控設(shè)備具備圖像檢測(cè)預(yù)警、三維空間計(jì)算、區(qū)域防范、智能識(shí)別等功能，這就要求視頻編碼流中加入更多的分析對(duì)象，計(jì)算方法更加復(fù)雜，對(duì)硬件的要求也更高。

再者，安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)與廣電視頻應(yīng)用還是有很大區(qū)別，它需具備更多的行業(yè)特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展再一次證明了信息安全保密性能的要求。SVAC標(biāo)準(zhǔn)之所以得到推廣應(yīng)用，除政府政策之外，更重要的是它在信息安全加密性能方面的技術(shù)創(chuàng)新。而開(kāi)放性的H.264標(biāo)準(zhǔn)使得各個(gè)廠家之間的監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)了更好的互聯(lián)互通。

最后，編解碼技術(shù)的發(fā)展也需要考慮到編解碼芯片的發(fā)展成熟度，目前H.264編碼成為行業(yè)的主流，是因?yàn)橛幸蛱貭�、高通、意法半�?dǎo)體、海思等諸多廠商可提供系列化的編解碼芯片。而支持H.265標(biāo)準(zhǔn)的芯片目前屈指可數(shù)，價(jià)格也高;支持SVAC標(biāo)準(zhǔn)的就基本上只有中星微一家。因此，編解碼技術(shù)的發(fā)展更需要得到芯片產(chǎn)業(yè)鏈的支持，否則就只能作為理論了。

浙江大華技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理 張龍彪