Первые результаты внедрения нового кодека сжатия H.265

Опубликовано: 02.09.2018

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик   |   К списку авторов   |   К списку публикаций

Появление на рынке безопасности нового кодека сжатия H.265 оживило ситуацию в отрасли, особенно в сфере видеонаблюдения для спортивных объектов и объектов с массовым пребыванием людей. H.265 поддерживает новые высококачественные форматы видео, позволяя фиксировать и передавать информацию с использованием более эффективных алгоритмов по сравнению с H.264. При оптимальном применении технологии открываются отличные технические и коммерческие перспективы. Эксперты компаний Honeywell Security and Fire, Dahua Technology и "Болид" рассказывают о первых результатах внедрения H.265

Василий

Волковицкий

Руководитель технической службы компании Honeywell Security and Fire

Михаил

Катилов

Технический специалист компании Dahua Technology

Роман

Харламов

Начальник сектора разработки "Орион Видео" отдела разработки ПО АРМ ОС ЗАО "НВП "Болид"

– Расскажите о практическом опыте использования нового кодека H.265, который вы наблюдаете на российском рынке.

Василий Волковицкий: Наша компания поставляет на рынок IP-камеры, NVR, VMS, поддерживающие стандарт H.265, предлагая тем самым клиентам функционально завершенную систему. Практическое использование нового стандарта показало реальную экономию битрейта, что подтверждает заявленные свойства H.265.

– На каких сценах у H.265 есть выигрыш в снижении битрейта в сравнении с H.264?

М ихаил Катилов: Если пропускная способность сети передачи данных достаточна для передачи изображений, сжатых по стандарту H.264, то переход на компрессию H.265 не повлечет за собой каких-либо улучшений в качестве изображения. Такой переход может лишь снизить битрейт, то есть несколько разгрузить сеть. Единственный случай, когда переход на новый кодек будет способствовать повышению качества изображений, – если из соображений экономии битрейта изображения сжимались кодеком Н.264 заведомо чрезмерно, и артефакты компрессии мешали эффективному считыванию деталей операторами и видеоаналитикой.

H.265 – это более ресурсоемкий кодек по сравнению с H.264. Финальное кодирование (рендеринг) в H.265 также требует больше ресурсов, и не каждый компьютер, смартфон или планшет сможет воспроизводить кодек H.265. Поскольку 4K-видео (видео с разрешением 3840х2160) гораздо больше по размеру по сравнению с FullHD (1920х1080), то кодек, который сжимает видео лучше и делает его размер меньше, как раз сейчас становится все более и более необходим.

Значительное число производителей ИТ-продукции преподносят формат сжатия H.265 как средство повышения качества изображений. Следует отметить, что это в определенной мере является лукавством. В реальности у изображений, сжатых кодеком H.265, качество ничуть не выше, чем у обработанных алгоритмом H.264, который, в свою очередь, с точки зрения качества ничуть не лучше, чем MPEG-4. Поскольку во всех упомянутых кодеках предусмотрена возможность произвольно устанавливать степень сжатия, качество сжатой картинки зависит лишь от предпочтений пользователя. Другое дело – вписать видеоизображение в реалии технического окружения. Прежде всего это касается ресурсов пропускной способности сетей.

Василий Волковицкий: Несмотря на то, что в рекламных материалах многие производители IP-камер заявляют снижение битрейта на 50% при использовании стандарта H.265 по сравнению с H.264, в реальных тестах устройств различных фирм-производителей на распространенных сценах снижение битрейта может достигать лишь 20–30%. Развитие стандарта H.264 привело к появлению так называемых смарт-кодеков, обеспечивающих уровень компрессии H.264, сопоставимый с H.265. Эти смарт-кодеки известны на рынке под обозначениями H.264+, Zip-stream, Smart Coding, Smart Stream II и т.п. Поясним основные отличия смарт-кодеков от стандартных. При использовании стандартного кодека фиксированными параметрами являются уровень компрессии видео и интервал следования ключевых кадров. Для стандартного кодека уровень компрессии устанавливается одинаковым для всего кадра, вне зависимости от содержания наблюдаемой области. Например, если мы наблюдаем людей, проходящих по коридору, то уровень компрессии выбирается одинаковым для людей и статичного окружающего фона. Смарт-кодеки позволяют анализировать сцену, отделяя мало изменяющееся фоновое изображение от движущихся объектов. Для обеспечения высокой детализации движущихся объектов в соответствующих им областях (ROI – Region of Interest) устанавливается минимальный уровень компрессии, а статичное фоновое изображение передается с высоким уровнем сжатия.

Другая технология смарт-кодеков основана на динамическом регулировании интервала между ключевыми кадрами в соответствии с интенсивностью движения объектов в поле обзора камеры.

Ключевые кадры (I-frame) обычно содержат больший объем данных, чем разностные кадры (P-frame), однако они необходимы только при наличии движения в контролируемой зоне. Для сцен с небольшим движением или при отсутствии движения требуется передавать очень небольшое количество ключевых кадров. Когда движение в контролируемой области почти отсутствует (например, в ночное время, когда на объекте никого нет), передача ключевых кадров производится реже, что позволяет снизить битрейт. При внезапном появлении движущегося объекта в кадре частота ключевых кадров и поток данных от камеры резко возрастут.

Третья технология, используемая в смарт-кодеках, направлена на подавление шумов на изображении, которые обычно возникают при наблюдении объектов в условиях недостаточной освещенности. В стандартных кодеках шум может восприниматься как наличие движения в кадре, что приводит к увеличенному битрейту. Наличие видеоаналитических функций в IP-камере позволяет отличить шум от реального движения в кадре.

Использование этих способов по отдельности и в комбинации позволяет снизить битрейт передаваемого видеопотока и оптимизировать нагрузку на сеть. В настоящее время реалии таковы, что заявляемая экономия битрейта благодаря использованию H.265 может быть объективно достигнута путем совместного использования смарт-кодека с H.264. По этой причине пока нет объективной необходимости оперативного перехода на новый стандарт H.265.

Роман Харламов: Ключевым преимуществом H.265 перед H.264 является то, что при одинаковом уровне соотношения сигнал/шум имеется снижение битрейта на 25–30% в пользу H.265. То есть при сравнимом качестве вы будете получать меньший битрейт при использовании H.265.

Выигрыш в снижении битрейта при использовании кодека H.265 будет наблюдаться при обработке сцен, в которых больше статичных элементов. Это связано в первую очередь с тем, как происходит разбиение на блоки в кодеках H.264 и H.265.

– Какие имеются универсальные открытые средства конвертации роликов H.265 в AVI и другие общеизвестные форматы?

Василий Волковицкий: Для ответа на этот вопрос необходимо понимать, чем отличаются стандарты сжатия, кодеки и файлы-контейнеры (медиаконтейнеры). Стандарт – это спецификация алгоритма сжатия (например, H.264 или H.265), кодек – конкретная программная реализация стандарта (например, x264). Одни и те же данные (например, сжатые по алгоритму H.264 с использованием кодека x264) могут быть упакованы в разные файлы-контейнеры (например, MKV, WMV, MP4 или AVI). При этом в файлах-контейнерах одного и того же формата не обязательно должны находиться видеоданные, сжатые с использованием одного и того же кодека.

Конвертация видеоизображения, записанного NVR в своем "внутреннем" формате, в формат AVI приводит не только к значительным временным затратам, но и к снижению качества изображения за счет необходимости повторного сжатия видео в соответствии с выбранным кодеком. В связи с этим чаще применяется экспорт в более универсальные файлы-контейнеры, например MKV (Matroska). Еще более удобным и часто используемым вариантом является сохранение видео в исходном формате NVR в формате исполняемого файла (EXE), который содержит видеозапись, средства ее воспроизведения и необходимые кодеки. Преимуществами последнего варианта экспорта являются высокая скорость, отсутствие потерь качества видео и удобство воспроизведения экспортированного видео на других ПК.

Роман Харламов: Начнем с того, что H.265 – это кодек, а AVI – контейнер. AVI может хранить любой кодек, например MJPEG или H.264. Другое дело, что он не очень подходит таким кодекам, как H.264, ввиду того, что формат контейнера AVI был опубликован в 1992 г., и на сегодня запись в него видео в современном кодеке требует определенных технических уловок. Для современных кодеков H.264 и H.265 существуют современные контейнеры Matroska (Матрешка, MKV), ASF, MP4, MOV. Все они отличаются определенными особенностями использования.

Что касается открытых средств конвертации, то уже давно существует открытое коммьюнити FFmpeg, которое разрабатывает довольно эффективные решения для обработки видео.

– Чем H.265 перспективнее других новинок, например VP9 и Thor? А в чем уступает?

Михаил Катилов: Для начала скажем, что мы, в общем-то, сейчас сильно упрощаем теорию по данным форматам, однако несмотря на то, что в итоге они позволяют получать файлы примерно одинакового размера, первые отзывы экспертов говорят о том, что кодек H.265 обеспечивает более высокое качество видео, а VP9 больше подходит для потоковой трансляции видео.

Большее количество вариантов предсказания дает кодеку H.265 преимущества визуально, но в то же самое время кодек VP9 устанавливает более строгие правила декодирования, что делает получаемые потоки более последовательными и надежными. Эти различия дают возможность понять, на что же именно обращали внимание создатели кодеков в первую очередь. Впрочем, официально обе стороны утверждают, что предлагаемые ими стандарты не имеют недостатков.

Василий Волковицкий: Прогресс в области IP-видео напрямую связан в основном с появлением новых микросхем, используемых в IP-камерах, и стандарт H.265 не является исключением. Практически все функциональные возможности современных мегапиксельных IP-камер реализуются в рамках концепции "система на кристалле" (SoC), поэтому при всем кажущемся разнообразии IP-камер, представленных на современном рынке, их возможности становятся очень похожими. В связи с этим можно привести следующий пример. В 2011 г. "революционные" технологии типа WDR и Lightfinder для мегапиксельных IP-камер были реализованы в устройствах лишь двух–трех компаний. На современном же рынке практически все производители мегапиксельных IP-камер предлагают эти функции благодаря использованию однотипных микросхем. Основными игроками на процессорном рынке для IP-камер являются всего две компании: Ambarella и HiSilicon, которые определяют в том числе стандарты сжатия и видеоаналитические возможности, встроенные в IP-камеры. Обе эти компании активно продвигают свои новые SoC, поддерживающие стандарт H.265/HEVC (в сочетании с H.264/AVC), поэтому нет сомнений, что ведущие игроки на рынке IP-камер будут использовать эти стандарты. Важно отметить: помимо реализации стандартов в IP-камерах, необходима их поддержка на стороне NVR и VMS. Поэтому более выигрышные позиции на рынке будут иметь те компании, которые разрабатывают и производят полный функциональный ряд устройств для IP-систем видеонаблюдения, включающий в себя поддержку всех инновационных возможностей IP-камер на стороне NVR и VMS.

Роман Харламов: VP9 разрабатывается компанией Google в первую очередь для эффективного сжатия видео в Интернете. Хотя Google и сотрудничает с рядом производителей аппаратного обеспечения в вопросах реализации энкодеров и декодеров, речь идет в первую очередь о производителях мобильных и десктопных платформ. Поскольку производители камер пока не встраивают VP9 в свои процессоры, то преимущество здесь у H.265.

В отношении аппаратного декодирования преимущество у VP9, так как декодер реализован на процессорах Intel (причем используются не только топовые ядра на технологии Skylake, но и недорогие Intel Atom). Еще о поддержке аппаратного декодера заявляют NVidia, Samsung, Qualcomm. Для H.265 пока заявлена поддержка Intel (Skylake) и NVidia.

Еще один из немаловажных плюсов VP9 – это бесплатный кодек. Его может встроить в свой процессор любой производитель, в то время как встраивание H.265 требует от производителей определенных затрат.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #3, 2016

Посещений: 5329

   Автор

Волковицкий В. Д.Руководитель службы

по технической поддержке

компании Honeywell Security Group

Всего статей:  27

   Автор
 

Харламов Р. А.Р.А. Харламов

Начальник сектора разработки проекта АРМ "Орион Видео"

Всего статей:  9

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик   |   К списку авторов   |   К списку публикаций

Добавить комментарий

rss