В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Стандарт H.265, как ранее и H.264, был разработан ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) совместно с ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG). В июле 2012 г. был утвержден проект H.265, который уже в апреле 2013 г. был принят в качестве международного стандарта. Его планируется применять как в видеонаблюдении, так и в вещательном телевидении и мультимедиа.
Идея High Efficiency Video Coding (HEVC – так полностью называется H.265) в том, чтобы предложить тот же уровень качества изображения, что и AVC (H.264), но с лучшим сжатием для уменьшения количества данных. Это является ключевым отличием, если мы хотим передавать видео в разрешении 4K или даже 8K. Достигается это следующим способом.
Каждое изображение представляет собой кватро-дерево (рис. 1), каждый узел которого (CTU – Coding Tree Unit) включает в себя блок яркости и два блока цветности (CTB – Coding Tree Block).
Размер CTU выбирается кодировщиком, как представлено на рис. 2. CTB может быть от 16x16 до 64x64, когда больший размер обеспечивает более эффективную компрессию. CTB может разбиваться на несколько узлов (CU – Coding Unit) или представать одним узлом. Каждый CU состоит из 3 блоков кодирования (CB, Coding Block) – одного яркостного и двух цветностных. Яркостный CB может иметь размер 8x8, а цветностный – 4x4. Затем CU разбивается на узлы предсказания (PU – Prediction Unit) в зависимости от выбранного типа режима. Узлы преобразования (TU – Transform Units) имеют в качестве узлов CU, где кодируется предсказание разностного сигнала с помощью блоков преобразования. У этого подхода есть проблема передачи избыточного набора параметров движения. Для корректировки применяется алгоритм слияния блоков.
В зависимости от выбора типа предсказания движения блоки CB могут быть дополнительно разбиты блоки предсказания (PB – prediction block). На основе соседних блоков PB и опорного изображения производится улучшенное предсказание вектора движения. Для каждого PB может быть передан один или два вектора движения.
Внутрикадровое предсказание работает следующим образом – декодированные граничные образцы смежных блоков используются в качестве эталонных данных для пространственного прогнозирования в областях, где внутрикадровое предсказание не выполняется. Матрицы квантования поддерживаются для различных преобразований размеров блоков. Для энтропийного кодирования применяется алгоритм CABAC со специальными архитектурами для параллельной обработки. Деблокирующий фильтр похож на тот, что применяется в H.264, но в него добавлены дополнительные возможности для параллельной обработки, а алгоритм упрощен в отношении механизмов принятия решений и фильтрации. Добавлен также механизм SAO (Sample Adaptive Offset) – его целью является улучшение восстановления оригинальной амплитуды сигнала с использованием таблицы поиска.
Из рис. 3 видно, что при одинаковом уровне соотношения сигнал/шум для H.265 имеется снижение битрейта на 25–30% по сравнению с H.264. В зависимости от сцены этот показатель может доходить до 50%.
Любой кадр последовательности H.265 можно декодировать, не разжимая опорного кадра. Переключая разрешение с высокого на низкое и обратно при отображении видео, мы можем наблюдать эффект задержки видео, так как при декодировании H.264 мы вынуждены ожидать опорный кадр (I-frame), который в зависимости от настроек передается один раз на 10, 20, а то и на 50 кадров. В случае H.265 мы декомпрессируем тот кадр, который только получили из потока с другим разрешением, и сразу его выводим. Это позволит снизить нагрузку на процессор, так как не потребуется декодировать второй поток в фоновом режиме.
Кому интересен кодек в первую очередь?
1. Различным интернет-компаниям, широко использующим видеоконтент.
2. Видеохостингам и онлайн-кинотеатрам. Именно они заинтересованы в кодеке, который обеспечивает двукратное уменьшение битрейта без потери качества. Именно видео в Интернете – очень динамично развивающийся сегмент (про это даже целый сериал сняли).
3. Телевидению. IP- и цифровое телевидение заинтересованы в дальнейшем развитии кодеков, позволяющих при том же уровне качества передавать видео в более высоком разрешении. Недавно компания Sharp объявила о выпуске телевизора с поддержкой видео с разрешением 8K. Стоить 85-дюймовый (2-метровый) телевизор будет 133 тыс. долл.
4. Производителям систем видеонаблюдения. Двукратное снижение битрейта позволит экономить полосу пропускания, что ввиду увеличения количества камер на объектах является важной задачей.
Но при всех плюсах кодека у него есть и свои минусы.
При всех плюсах кодека H.265 имеются у него и свои нюансы.
Производительность кодера
Исследования многих компаний подтверждают, что для достижения скорости сжатия в реальном времени требуются большие вычислительные мощности, а также рекомендуется распараллеливание вычислений. Кроме того, тесты показывают более высокое энергопотребление аппаратных кодировщиков. Это очень актуально как для мобильных платформ (в первую очередь), так и для камер.
Декодирование
Для декодирования тоже рекомендуется выполнять распараллеливание. Для декомпрессии видео в разрешении FullHD требуется процессор Intel Core I7, который обеспечивает скорость порядка 40 кадр/с.
Цена оборудования и ПО
Практика показывает, что для внедрения нового кодека необходима переработка программного обеспечения и перевод его на новое оборудование. В связи с тем, что используются технологии распараллеливания вычислений, это приведет к удорожанию конечного продукта. Требуются и новые программные декодеры.
Новые устройства
Поскольку кодированием видеопотока занимаются камеры, а новый кодек имеет много существенных отличий от предыдущего, это может потребовать замены элементной базы в камерах – то есть приведет к выпуску новых моделей устройств, цена которых будет выше той, что есть сейчас. Возможно, камеры с поддержкой H.265 повторят путь камер HDcctv.
Масштабируемое кодирование
В стандарте кодека предусмотрено, но не реализовано масштабируемое кодирование (Scalable Video Coding). Оно дает возможность в одном и том же видеопотоке передавать изображение с разным разрешением – это позволило бы экономить полосу пропускания.
Видеоаналитика
Новых преимуществ для видеоаналитики, на мой взгляд, кодек не принесет. Наоборот, повышение нагрузки на процессор камеры, который в настоящий момент все больше загружается видеоаналитикой, приведет к тому, что часть аналитических функций будет убрана из камеры (чтобы оставить цену без больших изменений). Это может вернуть видеоаналитику на сервер, но и здесь проблемы скорости декодирования дадут о себе знать.
Единственным преимуществом нового кодека для видеоаналитики может стать мультипоточное кодирование (Multiview Video Coding). Этот режим позволяет организовать получение с двух и более камер стереовидеопотока – такой поток и его анализ улучшат качество распознавания людей и их лиц.
H.265 дает возможность также комбинировать масштабируемое кодирование и стереокодирование.
Начало активного применения нового стандарта H.265 стоит ожидать не ранее чем через 5–7 лет по трем причинам.
Опубликовано: Спец.приложение "Video & Vision"-2015
Посещений: 7224
Автор
| |||
В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
