‧ “影像血拼”年代 編解碼應用不容忽視

編解碼格式這玩意兒對於影像來說就好比MP3之於音樂，事業線之於薪水，傑士邦之于情人節，時常以一種“沒你我玩不轉”的方式存在著。在這個電視拼4K極清，網路影像拼超清，影像監控拼高清的“影像血拼”年代，人們都希望在不用大費周章增加頻寬的前提下獲得更高清更唯美的影像畫質體驗。對於這樣的期待，交給H.265好了。H.264統治了過去的五年，按照“人品守恆定律”來看，差不多該接班了。本文重點從影像監控編碼技術及標準兩方面進行探討。

影像監控編碼需求日漸旺盛

由於網路監控的需求量越來越大，刺激廣大機器視覺的廠商，特別是工業相機的廠家努力在網路攝影機方面來發展，間接也促進了網路視訊轉碼器的發展，目前網路視訊轉碼器已經由單功能的影像傳輸，逐漸發展成為帶WIFI網路，帶本地SD卡儲存，或USB儲存或IDE硬碟儲存等;傳輸通道也從原來單路逐漸發展成為：單路D1，兩路HD1，四路CIF和多路相容的多功能表操作與管理的集成系統。

目前，網路視訊轉碼器的通訊方式也由原來單純的有線網路，逐漸發展成為：有線與無線WIFI(802.11abg通訊協定)相容，無線的傳輸距離也由原來的幾十米(30-100米)，發展成為目前的幾十公里(30-50公里)。

編碼器是將信號或資料進行編制、轉換後進行傳輸出去的設備。網路視訊轉碼器只是編碼器通過發展之後其中的一個很常見的應用，並且成功的應用於網路設備，而得到廣大電子工程師的認識和應用。

影像編解碼三大技術展示

網路適應性，是影響網路監控設備能否取得更快發展和普及的重要因素，因此，接下來將會有大量的網路適應性技術，被應用到IP前端與管理平台中，視訊轉碼器也不例外。在這些網路適應性技術中，與儲存、傳輸、管理相關的三個方面應該是最迫切的。

1、ANR技術

與儲存相關的網路適應性技術主要是ANR。ANR的前提是視訊轉碼器支援本機存放區，同時系統部署有中心儲存。網路正常時，所有錄影在中心完成;當網路發生故障時，支援ANR的視訊轉碼器和中心管理平台將同時偵測到故障，並各自建立與時間相關的日誌，同時視訊轉碼器啟動本地錄影，利用本身內置的儲存介質進行儲存;在網路恢復正常後，視訊轉碼器與中心管理平台將比較各自建立的日誌，檢查比對網路失效時的資料，然後由視訊轉碼器將本機存放區的錄影上傳至中心存放裝置，完成後自動刪除本地錄影。ANR技術一方面可以提升儲存可靠性，另一方面可以保證錄影檔的完整性和統一管理性。

2、速率調整

與傳輸相關的網路適應性技術主要是指速率調整技術。網路正常時，視訊轉碼器以正常編碼速率上傳監控碼流到中心平台;當網路發生擁塞時，視訊轉碼器能自動檢測到擁塞，然後通過自動調整影像解析度、影像幀率等編碼參數進行碼流佔用頻寬的調整，以保證監控碼流可以穩定上傳;當網路恢復時，視訊轉碼器再自動恢復之前的編碼傳輸。

3、人性化設計

與管理相關的網路適應性技術主要是指人性化設計。網路發生擁塞時，要能夠主動提示管理人員和流覽人員並記錄;前端視訊轉碼器IP地址與其他裝置衝突時，要能夠有一定的機制通知中心管理平台，由平台主動提示相關工作人員並記錄等等。

影像編碼標準不容忽視

在影像傳輸過程中在要求圖像不失真，則圖像傳輸的比特數就大，在網路頻寬一定的情況下，降低影像的碼流就成為一項重要的技術。H.264，又稱MPEG-4part10，也稱AVC，是一種先進數位視訊壓縮技術和標準，由VCEG和MPEG聯合組成的JVT(Joint Video Team)於2003年3月正式發佈的。H.264標準的主要目標就是在同等保真條件下，提高編碼效率，與之前的H.263或者MPEG-4標準相比，其在保證相同圖像品質的情況下，降低約50%的碼率。

更為先進的H.265編碼技術是ITU-TVCEG繼H.264之後所制定的新的影像編碼標準。2012年6月25日，國際電信聯盟(ITU)在其網站公佈了工作計畫項目，原定於2008年至2010年推出的《High efficiency video coding》(HEVC或稱H.265)技術標準於2013年1月推出。在技術上，H.265將在現有的主流影像編碼標準H.264上保留了一些較為成熟的技術和繼承其現有的優勢，同時對一些其他的技術進行改進，可能體現在提高壓縮效率、提升錯誤恢復能力、減少即時的時延、減少通道獲取時間和隨機接入時延以及降低複雜度等方面。但H.265還沒有進入商業化應用階段。

H.265的高明之處

從編碼框架上來說，H.265仍然沿用了H.264的混合編碼框架，但是每個技術細節都有提升或改進。比較大的改進是：1)在圖像分塊以及運動補償、變換方面，支持更大尺寸和種類;2)更多幀內/幀間預測、運動向量預測和變換模式;3)增加環內採樣自我調整濾波SAO;4)提供TILE模式，更好地支援並行處理等。這些新技術的應用，不但有效地提高壓縮性能，也為各種處理器平台的有效實現擴展了空間。

1、更大的宏塊和變換塊。相對於H.264的4×4、8×8、16×16宏塊類型，H.265引入了32×32、64×64甚至於128×128的巨集塊，目的在於減少高清數位視訊的宏塊個數，減少用於描述巨集塊內容的參數資訊，同時整形變換塊大小也相應擴大，用於減少H.264中變換相鄰塊問的相似係數。

2、使用新的MV(運動向量)預測方式。區別於H.264基於空間域的運動向量預測方式，H.265擴充更加多的方向進行幀內預測，同時將預測塊的集合由原來的空間域，擴展到時間域及空時混合域，通過率失真準則計算後選擇最佳的預測塊。使用該方法，在基本模式下測試，在與H.264相同品質的情況下，得到平均為6.1%的壓縮增益，複雜圖像的壓縮增益甚至能提高到20%。

3、更多的考慮並行化設計。當前晶片架構已經從單核性能逐漸往多核並行方向發展，H.265引入了Entropyslice、WPP等並行運算思路，使用並行度更高的編碼演算法，更有利於H.265在GPU/DSP/FPGA/ASIC等並行化程度非常高的CPU中快速高效的實現產業化。

4、新添加的Tile劃分機制使得以往的slice、幀或GOP為單位的粗細微性資料並行機制更加適合於同構多核處理器上的並行實現。Dependentslice和WPP機制解決了以往H.264等編碼技術中熵編碼環節無法並行實現的問題，使得整個編解碼過程中DCT、運動估計、運動補償、熵編碼等任務模組的劃分更加均衡，顯著提高並行加速比。

5、更低的碼流。反復的品質比較測試已經表明，在相同的圖像品質下，相比於H.264，通過H.265編碼的影像碼流大小比H.264減少大約39-44%。由於品質控制的測定方法不同，這個資料也會有相應的變化。通過主觀視覺測試得出的資料顯示，在碼率減少51-74%的情況下，H.265編碼影像的品質還能與H.264編碼視頻近似甚至更好，其本質上說是比預期的信噪比(PSNR)要好。