视频编解码技术解析

1、视频编解码技术解析The manuscript was revised on the evening of 2021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。

2、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与编解码技 术，因为MPEG-4/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

3、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/为主， 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/技术，当 然，随着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

4、具体介 绍。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

5、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。编码技术是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。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，的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是 MPEG-4的2倍。一个原始文件是102G大小的视频，经过编码后变成了 1 个G，压缩比竟达到了 102:1!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。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

6、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) o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

7、 C20 x，24x5x，54x，62x，64x 定点 DSP 和 C3x，4x，67xx 等浮点。，？;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标准。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

8、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 1080P25fps的图像，裸数据传输的带宽大概需要，采用编码后，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。技术是ITU-T VCEG继之后所制定的新的视频编码标准。标准围绕现有的 视频编码标准，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

9、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。由于算法优化，可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送，则可以实 现利用12Mbps的传输速度实现720P(分辨率1280*720)普通高清音视频传 送。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。标准也同时支持4K(4096x2160)和8K(8192x4320)超高清 视频。可以说，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，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，都已经打上了的标记。 各个参展厂家也在

10、积极宣传推广自己的技术产品，预计在未来的两年内，将成 为视频监控设备的主流编解码技术。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

11、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、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。SVAC编码技术在原有MPEG-4标准的技术上进行了创新，如支持高精度 视频数据，在高动态范围场景提供更多图像细节，减少编解码环节的图像信息 损失;支持感兴趣区域(ROI)变质量编码，在网络带宽存储空间有限的情况下提 供更符合监控需要的高质量视频编码;支持监控专用信息(绝对时间、智能分析 结果、报警信息)，便于视音频内容的有效管理和综合利用;支持加密和认证， 保证监控数据的保密性

12、、真实性和完整性等。该标准因为开放性小，与目前市 场上的多种视频系列化设备不能实现很好的融合对接，这将大大限制其市场使 用的广泛性。但从目前的市场来看，从广东省先行试点强制实行开始，基本上厂家的设 备都要求支持SVAC标准，已经开始使用大量的SVAC前端，这一趋势正在向 周边的广西、湖南等省份扩展，相信在未来的几年内，具有中国自主专利技术 的SVAC标准将在国内得到普遍支持和应用。目前成熟的SVAC技术还停留在 初步阶段，许多功能还需要进一步优化，我们期待版本的发布。三、与Smart265、优劣势对比分析高效的压缩性能，在逐步发展的超高清时代，将替代成为编码技术的主 流，支持的厂家与设备会越来

13、越多，得到普遍应用。目前支持编解码的芯片选 择性并不是太多，因此一些比较有实力的视频监控设备厂家都会加入自己的一 些智能算法，以获得更好的性能或应用。从编码效率上来说，SVAC优于，但和相比就略逊一筹。编码技术是在原 有的的基础上加入智能分析等智能功能，进一步缩短编解码速率，丰富更多的 应用。标准的推行，在国家信息安全政策的强制要求下，市场潜力非常大，越 来越多的厂家和研究机构都会参与SVAC技术的进一步改进，未来或将越来越 成熟，与的全面抗衡指日可待。下面就这三种不同的编码技术做一个简要的对比，如表1所示：表1几种不同编码技术对比SVACHEVC/H265+Smart265标准化国际标准IT

14、U-T VCEG国内标准GB/T25724-2010海思优化海康优化压缩性能对比传统，码率降低50%，压缩比高相比，较低利用利用了视觉 感知技术，先进 的参考帧自适应 技术，高级码率 控制技术，压缩 比更高结合画面和场 景优化，在编 码的基础上进步提升压缩 率安全性通用算法加密算法，安全 性高通用+自主算法通用+自主算法通用性标准编解码芯片，可选范围大专用编码解码芯 片，可选范围少海思结合芯片推 广可变码流技 术，主流厂商 具备同等能力视频编码技术在未来的视频监控领域，将结合图像实现更多的智能化应 用，如当今比较火热的智能交通、智慧小区、智慧法庭、智慧校园、甚至云视 频、安防互联网+等业务。编解码技术的发展不仅需要满足越来越高的用户体验 需求，同时也需要按照安防市场的发展与行业应用方案来推进。首先，压缩性能是编码技术的重点，前端设备越来越高清，通过算法优 化、帧间预测、场景预测压缩数据的大小，从而提高压缩效率。以同等或较小 的视频带宽就能获得更高清晰的画面。在快速发展的移动智能客户端，低带宽 也可享受1080P的高清画面。其次，智能算法与智能分析不仅优化码流质量，同时智能化的监控设备具 备图像检测预警、三维空间计算、区域防范、智能识别等功能，这就要求视频 编码流中加入更多的分析对象，计算方法更加复杂，对硬件的要求也更高。再者，开放性的标准虽然使得各