H.264:高清监控推广应用的强劲助推器

作者:海康威视 俞海

        H.264/AVC是由ITU-T VCEG与ISO/IEC MPEG组成的联合专家行动组JVT共同制定并于2003年5月发布的视频编解码标准,在ITU-T体系内被称为H.264,在ISO/IEC体系内被称为MPEG4 part10 - AVC,所以通常被称为H.264/AVC或简称H.264。
  H.264/AVC标准制定的目标是能够在相对上一代广泛使用的MPEG2视频编码标准降低一半以上码率的前提下提供相当的图像质量,同时覆盖到更大范围的码率、帧率及分辨率等应用场合,并提高对于网络传输的适应性,即能在各种不同条件网络和系统上(例如组播、存储、RTP/IP包网络、无线网络)工作。
 对于面向安防领域的高清视频监控应用,H.264编解码标准相比MPEG2、MPEG4 part2等有多方面的优势。

更高的压缩率

      众所周知,高清应用最大的问题在于需要数倍于以往标清的数据传输带宽和存储容量。仅以分辨率换算,相同帧率的720P像素点数为D1的2倍有余,1080P则为5倍左右。如果继续使用传统的MPEG2编解码算法,达到可接受清晰度的D1视频一般需要5Mbps以上码率。以此计算,高清应用的巨大数据量负荷是现有系统难以承受的,成本也会极为高昂。H.264压缩算法包含了众多先进的压缩技术,例如1/4像素运动补偿(Quarter Pixel Motion Compensation)、环路滤波(Loop Filter)、帧内空域预测(Spatial Intra Prediction)、上下文自适应变长编码(CAVLC)、上下文自适应算术编码(CABAC)、多种变换类型(4x4 Transform、8x8 Transform)等,相对于MPEG2大幅度提高了压缩比,数据量能够减少一半甚至更多,为高清应用提供了有力的保障。

更清晰的档次、级别定义

      H.264标准在制定之初就充分考虑各种应用场合,定义了清晰严谨的档次(Profile)与级别(Level)。严谨的档次和级别划分能够为解码器与编码器之间的性能匹配提供依据,带来更好的兼容性。
      档次用于限制编码工具,目前较为多见的是面向普通场合的基本档次(Baseline Profile),以及部分主档次(Main Profile)应用。而对于希望获得更高压缩率的高清需求,H.264还提供高压缩比及支持更大位深的高档次(High Profile),目前应用较为少见。级别主要限制码率、帧率/分辨率等图像相关属性,不同级别会影响存储空间等系统资源的需求。一般情况下标清主要使用Level3及以下级别,200W像素的高清则需要Level4及以上级别。H.264的级别明确定义到Level 5.1,支持的码率达到240Mbps,因此能够满足未来相当长时间内的主流应用。必须指出的是,编码使用高档次和级别在提升压缩效率的同时也对解码设备性能提出了更高要求,导致低能力的解码设备无法支持,所以需要权衡考虑。
      相比而言,MPEG4 part2等标准由于制定时间较早,标准主要面向D1及以下分辨率进行定义,没有充分针对高清应用设计相应的档次和级别,因此在高清分辨率时存在未经定义的兼容隐患。

更强的网络适应能力

      高清化与IP化是目前视频监控的两大趋势,可以说高清与网络总是相伴而行。H.264针对网络应用的特点设计了NAL分层机制,通过数据单元划分以及定义优先级,为不同应用场合有选择性地存储或传输视频包提供信息,增强了网络适应能力,也为高清网络应用带来帮助。

更丰富的方案

      基于以上几方面的原因,目前几乎所有面向高清应用的芯片方案和产品方案都选择H.264作为编解码标准,为应用提供了很大的选择余地。各厂商在竞争中不断提升现有技术,推出图像质量更好、压缩率更高、系统性能更强的产品,也反过来又极大地加速了高清应用的普及。可以说H.264是推广高清视频监控应用的强劲助推器。

      海康威视作为全球最先在监控行业内推广使用H.264编解码技术的厂商之一,在视频编解码技术和安防监控专业应用等方面,均具有深厚的技术沉淀和经验积累。继板卡、DVS/DVR等产品全面使用H.264作为视频压缩标准之后,海康威视在最近几年致力于包括高清网络摄像机在内的多系列高清产品的研发,现已成功推出了200万像素CCD高清摄像机、高清解码器等多款产品,并是目前全球最大的高清监控项目之一的上海浦东高清监控项目所使用编解码设备的主要供应商。相信伴随着网络技术与视频压缩技术的发展,高清视频监控将逐渐成为主流,进入千家万户,为人们创造一个更安全的环境。

 

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