H.265在弱电设备中的应用浅析

引言

随着智能时代的快速发展，安防编解码技术面临重大升级，各大厂家的战火从未平息，各大厂家都在竞相宣传“H.265”。随着更新换代的节奏不断加快，H.265几乎成了IPC和NVR的标配，甚至业内有声音说不具备H.265的安防设备将面临淘汰的可能。那么什么是H.265，其对安防设备有哪些重要性，H.265是否会断崖式切换H.264，H.265是否还有进一步的提升空间，就是大家非常关注的问题了。

一

什么是H.265

H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264，在保留原来的某些技术的同时对一些相关的技术加以改进，使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置。具体的研究内容包括：提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。H.264经过算法优化可实现以2Mbps的带宽传输720P图像，而H.265则可以实现利用2Mbps的传输速度传送1080P高清图像。简而言之：H.265可以降低带宽，提升编码效率。

二

H.265在安防市场的应用

2015年5月，国家发展改革委等九部委发布的《关于加强公共安全视频监控建设联网应用工作的若干意见》中提到：“新建、改建高清摄像机比例达到100%”、“逐步增加高清摄像机的新建、改建数量”，“到2020年，基本实现全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控”。这意味着在公共安全领域，新购置的摄像机必将是高清化的摄像机，而高清化摄像机尤其适用于H.265压缩。就像当年的H.264取代MPEG-4压缩一样，在一个视频监控网络中，H.265和H.264两种压缩标准并存能够解决已建摄像机的后向兼容性，但同时增加了整个监控网络的复杂性和不稳定性。在H.265应用初期视频带宽自适应源代码，这种情况在所难免。随着时间推移，新的H.265压缩摄像机将逐渐替换已到使用年限的H.264摄像机，到时整个网络必将是全网H.265的高清化视频，H.265配合高清化视频的应用必将带来整个视频监控网络方案中的前端、后端、存储、智能、显示的显著变化。

H.265取代H.264是一个系统化的升级，除了前端IPC、后端NVR，还需要平台、解码、显示等各个环节的升级。2014年，海思在业界首次提出基于SOC的IPC+NVR的完整视频监控解决方案参考设计，在2015年推出了Hi3516A、Hi3516D、Hi3519、Hi3536等多种前后端的H.265芯片，不仅支持H.265编码和解码，同时还支持4K超高清的H.265编码和解码。而其他的SOC公司例如安霸、Intel、高通等大厂也纷纷准备推出各自的H.265系统级解决方案。可以看到，随着方案的丰富，H.265产品会进入一个蓬勃发展期。但是冷静分析整个安防市场，依笔者所见：H.265不会断崖式切换H.264市场，两者将并存1～2年，原因主要有以下三个方面：

1. H.265相互之间不兼容，没有一个通用的兼容协议。众所周知，现在的IPC和NVR或者平台对接都是基于onvif、GB28181等标准，但是这些标准都是依据H.264的编码为基础，不兼容H.265编码。举例来说，前端是天地伟业的H.265编码IPC，后端是海康的265编码NVR，两者之间配合只能工作在H.264模式。这对用户来说要么全套系统都统一厂家，要么就将H.265的产品工作在H.264的模式。显然这两种选择对现在的用户来说都不是最佳选择。

2. 工程商动力不大。虽然是新技术，但是对工程商来说硬盘数量会大幅减少，这部分利润将会受损。为何会这样呢?我们知道使用H.265产品就意味着同样的画质存储同样的时间，硬盘的用量会比之前H.264减少一半。而一个项目后端的成本占据70%，这就意味着整体预算要下降20%～30%左右。所以对工程商来说，H.265虽然是个好技术、新趋势，但是他们并不想去大力推广。

3. 现在的安防编解码技术实质上已经被海思牢牢控制视频带宽自适应源代码，所以对编解码市场切换来说，海思的话语权至关重要。从海思出货预测和分析来看，在2016年，其出货的主力还集中在H.264编码的Hi3518E、Hi3516C等芯片，而其265编码的Hi3516A/D、Hi3519等系列定位为中高端产品。换言之海思要依靠H.265来吃肉，对于H.264会高开高打，与企图切入安防市场的其他半导体厂家进行死磕。所以对于H.265，海思是不希望快速推进、全面更迭的。

综上来看：2016年，H.264的市场仍将保持较为平稳的增长态势，而在平稳发展的过程中，市场会被H.265侵蚀一大部分。对业内安防厂家来说，不管是H.264还是H.265都已经完成全产业链布局，至于怎么出牌，谁来打第一枪，就看具体操盘人员如何来对市场做判断了。

三

H.265价值的深入挖掘

1. 更低码流

目前有技术实力的安防厂家在编解码技术上也可以有自己的突破，业内海康推出了Smart265，天地伟业推出了S+265技术。下文以天地伟业的S+265为例浅析H.265的下一代技术如何实现更低的码流、更高的画质。

S+265是天地伟业具有自主知识产权的重要技术，通过编码预测和场景自适应算法可在H.265的基础上降低30%以上码率，比H.264降低70%以上码率，达到节省带宽和存储空间的目的。

编码预测：通过四叉树结构的编码单元分割、多方向的帧内预测、运动矢量预测、采样点自适应偏移等编码技术，实现灵活的编码、精准的预测，在同等视频质量情况下，可大幅降低带宽。

场景自适应：提取图像数据特征实现场景识别，实现编码参数的场景自适应，达到图像压缩时低码率与高质量的最优组合。

1080P的码流对比如图1所示：

图1 普通H.265和S+265码率对比

2. 更高智能

高清化、智能化这两个命题一直都是相辅相成的。随着SOC性能的提升、更多智能算子的嵌入和更高分辨率的画质，对智能化的准确率、识别率提供了更好的平台和环境。从目前的应用情况来看，智能分析主要集中在车牌识别、人脸识别两大领域。以天地伟业的星卡口为例，其内嵌了Hi3516A芯片，通过对智能算子的应用可实现人群聚集、奔跑、徘徊、非法停车、车牌识别、车辆违停、人数统计等多种分析算法，通过对抓拍到的图片进行识别处理，分析得出结果，判断是否发出报警，同时存储并传输到控制中心，整个过程不需要额外设置，按照向导提示确定阈值即可。该产品也是业内第一款在H.265平台下支持车牌、车身颜色、车型等智能识别的产品。

3. 更低照度

安防监控的本质是需要看清，尤其是低照下可以看得清。所以安防厂家纷纷推出了星光级产品，现在的最新产品是星光和H.265结合的超星光产品。从原理上来说，超星光产品主要是采用了更低照度的传感器，以索尼的starivs系列为例，其用于监控摄像机用途CMOS影像传感器用的背照式像素技术，具有每1µm2 2000mV或以上(彩色规格产品、706cd/m2光源成像时、F5.6、1s积累当量)的感光度，除可见光区域外，还实现了近红外区域的高品质;除了背照式结构外，还满足监控摄像头用途所需的夜间拍摄的感光度性能从可见光区域扩大到近红外区域。由于能够高效地获取近红外光，因此在夜间也能清晰地拍摄。

此外，超星光产品还采用了更大光圈的镜头。以天地伟业为例，其最新使用的极限光圈超星光镜头采用超低色散ED全玻璃材质提升影像锐利度和色彩鲜明度，通过多层镀膜设计，提升低照可见光透过率，采用8G全玻镜片组，高通光量设计，镜头可以达到F1.2超大光圈和更好的景深。更大的通光量会让传感器获得更多有用的光电转换信号。

传感器、镜头这些都是硬件，要做好星光产品，除了硬件，更重要的是软件提升。更好的ISP算法会对低照效果带来不一样的提升，iphone手机采用同样的传感器和镜头，但是效果就是比其他手机拍照效果好，其核心也是算法。在安防监控领域，以现在市面上流行的TVP超视觉技术为例，其在如下方面做了算法优化和提升：(1)值域与空域混叠的高精度双边滤波降噪技术，使有用信息信噪比提升7db;(2)混搭式宽色域的色温判决的白平衡技术，使色彩准确度提升30%;(3)图像灰度分布的自适应分级线性图像增强技术，使视频分析的可视化效果提升38% ;(4)动态调节的模板自适应图像锐化技术。

四

结语

未来2～3年，中国的安防市场仍将保持较为平稳的增长态势。在平稳发展的过程中，市场会被第一、二集团侵蚀一大部分，总体增长、聚集明显将成为常态。在H.265、超星光、智能化等领域，厂家是否有自己的独门绝技，是否有完善的解决方案，是否在多种技术的融合过程中快速进化，是决定公司能否在未来2～3年存活下来并持续增长的关键点。在这样的市场格局中，大型企业和中小企业的市场定位应是相辅相成、互为犄角。大型企业虽然人数众多，但是分摊到其所面向的行业就无法做到利出一孔，而中小企业正好可以针对某一些特色行业和特色产品做出差异化。

随着全球经济的放缓，中国制造提出的回归制造、回归实业是必然的趋势，潜心研发的企业将迎来新的发展契机，正是“王者归来技压群雄，潜谋无形常胜不争”。“安防”远远不止安防，随着IT、物联网等概念的落地，安防市场将得到极大的延伸，潜心研发、有自己创新技术的企业将会迎来大发展、大跨越。