视频编解码技术解析

视频编解码技术解析

一、编解码技术的发展现状分析

视频监控技术经过多年的发展，监控画面正经历着从最初的D1标清图像，向4K高清、8K超清时代前进。由于CCD与CMOS技术的发展，前端摄像机的像素越来越高，成本也在逐渐降低，高清监控得到了快速的普及和应用，随之而来的问题是，前端像素的提高给视频传输和后端录像存储带来了巨大的压力，在相同的编码压缩比例下，用户需要投入更多的设备和资金，因此编解码技术的改进无疑成为了视频监控技术发展的焦点，也是当前众多视频厂商争相发展的技术课题。

目前国内主流视频监控设备厂商如大华、海康等，从前端球机、枪机，到后端的

NVR/ESS/EVS存储、矩阵等设备，普遍使用的是MPEG-4与H.264编解码技术，因为MPEG-4/H.264编码技术比较成熟，相应的编解码芯片厂商也较多，因此使用最为广泛，不同厂家设备之间的兼容性也好。但随着500W/800W/1200W等高清摄像机推广应用，网络传输带宽与录像存储空间却承受着严峻的考验，优化算法、提高压缩效率、减少时延的需求使H.265编码技术标准应势而生，它将在未来逐步地被广泛使用。

同时，由于H.264/H.265是ITU-T国际电联组织制定提出的一系列视频编码标准，是一个全世界公开的协议标准，为提高视频数据安全保密性，保障视频信息质量，由我国公安部第一研究所牵头组织，在现有视频编码标准技术的基础上，通过创新的技术改进和加密，形成了一套我国自有的安全防范监控数字视音频编解码技术标准，简称SVAC标准，它在政府类监控项目采购中率先推广应用。

因此来说，在目前的视频监控行业领域，基本保持着MPEG-4/H.264为主，H.265/SVAC 为辅的局面。

二、主要编解码技术的应用现状

在视频监控设备领域，目前主要采用的编解码标准为MPEG-4/H.264技术，当然，随着H.265芯片技术的不断成熟，凭借其更强的优越性能，将会逐步取代H.264并成为行业的主流应用技术。大安防系列化产品也将从前端、存储到解码会发生全面性的变化。下面我们将对目前主要的几种编解码技术的发展和应用做具体介绍。

1. MPEG-4编码技术

MPEG：Moving Pictures Experts Group动态图象专家组，是一个致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作的组织，MPEG-4是在MPEG-1、MPEG-2基础上发展而来，

MPEG4于2000年初正式成为国际标准，它是一个适用于低传输速率应用的方案。MPEG-4标准则是基于对象和内容的编码方式，和传统的图像帧编码方式不同，它只处理图像帧与帧之间的差异元素，抛弃相同图像元素，因此大大减少了合成多媒体文件的体积，从而以较小的文件体积同样可得到高清晰的还原图像。换句话说，相同的原始图像，MPEG-4编码标准具有更高的压缩比。

视频监控的早期产品，如模拟摄像机、CVR/DVR、采用的就是MPEG-4编码技术。

2. H.264编码技术

H.264是ITU-T国际电联与ISO国际标准化组织联合制定的视频编解码技术标准，它同时也是MPEG-4标准的第十部分。H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。一个原始文件是102G大小的视频，经过H.264编码后变成了1个G，压缩比竟达到了102:1!H.264的低码率技术起到了至关重要的作用，在用户获得高质量流畅图像的同时，大大节省了下载时间和数据流量，也大大减少了图像存储空间。

H.264是在MPEG-4技术的基础之上建立起来的，其编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测(Estimation)、变换(Transform)和反变换、量化(Quantization)和反量化、环路滤波(Loop Filter)、熵编码(Entropy Coding)。

H.264编码标准在视频监控领域，是当下最流行使用的一种编解码技术。目前大大小小的视频监控设备厂家，都具备该标准的应用能力。

在过去几年的发展中，高性能的DSP芯片对H.264标准的应用发挥了重要的贡献。DSP 芯片全称是数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器，它有处理能力强、开发周期短、用户开发自由度大等特点，被越来越多地应用于视频压缩领域。美国TI公司有很丰富的经验，是业界的领导者，产品系列有C20x，24×5x，54x，62x，64x定点DSP和C3x，4x，67xx等浮点DSP;同时intel公司也不断推出netra、baytrail系列解码芯片，海思最新的3536芯片，给后端的解码显示提供了有力的硬件支持。

由于H.264的高压缩性能，目前市场上主流的视频监控设备基本采用的是H.264标准。

3. H.265编码技术

视频监控前端采集设备如网络摄像机的清晰度从100万、200万到300万、500万，鱼眼相机已经达到了800万、1200万像素，这意味着超高清时代一步步向我们走来。在近一年的时间里，众多的显示屏设备厂商已经在极力宣传4K超高清产品，如海信、三星、创

维等。而在视频监控行业，众多知名安防厂商都已经推出了自己的4K产品，800万摄像机，4K采集、4K解码、4K电视墙产品，并能形成一整套的4K综合解决方案。

超高清的体验同时带来的是传输和存储的强大挑战。举例来说，1路1080P@25fps的图像，裸数据传输的带宽大概需要1.4G，采用H.264编码后，可以压缩到6M或8M的码流;如果前端换成800万的网络摄像机，采用同样的压缩标准，那么码流大小至少20M以上，因此，需要一种更高压缩性能的图像压缩标准来节省用户的投资，同时获得高清晰的图像显示。

H.265技术是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265标准围绕现有的视频编码标准H.264，保留原来的某些技术，同时对一些相关的技术加以改进。新技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置。H.264由于算法优化，可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送，H.265则可以实现利用1～2Mbps的传输速度实现720P(分辨率1280*720)普通高清音视频传送。

H.265旨在在有限带宽下传输更高质量的网络视频，仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频。H.265标准也同时支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清视频。可以说，H.265标准让网络视频跟上了显示屏“高分辨率化”的脚步。

在2015年的深圳安博会上，H.265技术的应用已经悄然兴起，从前端摄像机到后端存储，从编码器到解码器、视频综合平台等设备，都已经打上了H.265的标记。各个参展厂家也在积极宣传推广自己的H.265技术产品，预计在未来的两年内，H.265将成为视频监控设备的主流编解码技术。

4. SVAC编码技术

SVAC全称Surveillance Video and Audio Coding《安全防范监控数字视音频编解码技术标准》，是由公安部第一研究所和中星微电子共同牵头建立的一套编码技术标准。SVAC 是第一个旨在解决安全防范监控行业独特要求的技术标准，对确立中国公安和犯罪预防体系来说特别重要。

自从“安全门”事件之后，信息安全的管理越来越得到重视。SVAC编码技术标准具有中国自主知识产权，是一项非国际性的标准，主要用于安防视频监控的应用，其目的在于加强安防视频监控系统在公安监控与报警平台的安全应用。目前支持SVAC技术标准的只有中星微等少数厂家，芯片技术不是太成熟，价格相对较高，国内安防知名厂商如大华、海康等还是以H.264、MPEG-4标准为主流，同时也有少量设备支持SVAC标准，但都以软件编解码的方式实现。