H.265+ веде відеоспостереження
в еру 4К


Нещодавно камери ультрависокої чіткості з роздільною здатністю 4K почали використовувати в індустрії безопеки. Але 4K так і не набув широкої популярності через значні затрати трафіку та об’єми даних. Проблема обмеження бітрейту ultraHD та збереження високої якості відео залишається найбулішою проблемою 4К-формату, а її рішення стане доленосним у використанні 4К-відео у сфері безопеки. Передача відео залежить від балансу між якістю зображення, вимогами до трафіку та об’ємами даних. Натепер оптимальна передача зображеннь зводиться до досягнень в області відеостиснення.

До сьогодні типовим для галузі стандартом був кодек Н.264. Коли кодек H.264 знайшов широке застосування, Hikvision розробив власний, сумісний з ним алгоритм наступного рівня – Н.264+. Черговий крок – кодек Н.265 – зараз стоїть на порозі широкого впровадження у галузь. І у цей раз Hikvision просуває технологію стиснення до майбутнього рівня – H.265+. Цей кодек працює використовуючи розумні алгоритми, технологія кодування яких народилася від стандарту Н.265/HEVC (High Efficiency Video Coding).


H.265+ оптимізує наявний кодек якнайкраще там, де використовують специфічні для відеоспостереження критерії:

  • статичний фон;

  • першочергове фокусування на об’єктах, що рухаються на статичному фоні;

  • відрізки часу, коли у кадрі рідко з’являються об’єкти, що рухаються;

  • 24-годинне нон-стоп спостереження, через яке візуальний шум чимало впливає на якість відео .

Випробування показують, що Н.265+ значно знижує затребуваний бітрейт UHD-відеоспостереження – до 67% у порівнянні з Н.265, зменшуючи навантаження на мережу і необхідне місце на жорстких дисках. Зниження бітрейту у свою чергу зменшує витрати користувачів, а також покращує ефективність, стабільність та надійність усього обладнання у окремо взятій системі безпеки.

 

Три основи – кодування,  шум та швидкість передачі

З UHD-роздільною здатністю та високою ефективністю передачі у якості двох основних цілей Н.265+ покращує коефіцієнт стиснення, базуючись на трьох ключових технологіях:

1. Технології предиктивного кодування, основаній на змінах фону кадра.

2. Технології зниження цифрового шуму.

3. Технології контролю бітрейту протягом тривалого проміжку часу.

 

Предиктивне кодування

Предиктивне кодування можна розділити на “внутрішньокадрове прогнозування”, що створює модель з одного або декількох оброблених попередніх кадрів, і “позакадрове прогнозування”, де моделі блоку обробки будуються з використання макроблоків того ж кадру, що були передані раніше. З позакадровим прогнозуванням бітрейт можна знизити за допомогою стиснення лише зразка частин кадру. Цей зразок – кадр з фоном зафільмованої сцени – буде містити дуже мало об’єктів, що рухаються. На щастя, у сфері безпеки фон, в основному, статичний.

 

Подавлення шуму

Для того, щоб забезпечити високу якість зображення об’єктів, що рухаються модуль кодування оброблюється і візуальний шум також. Використовується спосіб предиктивного кодування, алгоритм розумного аналізу у кодеку H.265+ розрізняє частини зображення, що рухаються і статичний фон, дозволяючи координувати їх по-разіному.

Фонове зображення кодується з високою степінню компрессії, для того, щоб придавити шуми та зекономити місце для об’єктів, що рухаються. З такими обмеженнями до передачі даних загальний бітрейт істотно нижче у порівнянні з традиційними методами відеостиснення.

 

Управління тривалим бітрейтом

Hikvision запропонувала концепцію під назвою “Довгостроковий середній бітрейт” для використання даних відеопотоку повною мірою. Довгостроковий середній бітрейт обчислює навантаження за певним періодом часу (зазвичай 24 години). Завдяки управлінню середнім бітрейтом камера може призначити високу швидкість передачі під час інтенсивної роботи, скорочуючи її у години простою, наприклад, з 00:00 до 06:00 на вулиці, чи з 8:00 до 7:00 в офісі. У випадку режиму постійного бітрейту для кодування H.265, швидкість передачі трохи змінюється, але залишається близько зумовленого максимального значення бітрейта. Під час використання H.265+ середній бітрейт може складати половину від максимального бітрейту. Якість зображення все ще можна оптимізувати, оскільки технологія H.265+ повністю використовує кожен біт.

У режимі змінного бітрейта миттєвий бітрейт змінюється у залежності від активності сцени, у той час як якість зображення залишається постійною. Під час використання H.265+ зміна швидкості передачі бітів може відбуватися двома способами:

  • якщо сконфігуроване середнє значення бітрейту обмежене, кодування H.265+ може забезпечити кращу якість зображення у межах обмеженої швидкості передачі;

  • якщо сконфігуроване среднє значення бітрейту є високим для відстежуваної сцени, фактичний об’єм використовуваних даних може бути нижчім, ніж зумовлене значення, зменшуючи загальні вимоги до зберігання даних.

 

24-годинне тестування у реальному часі

Был проведен тест на снижение скорости передачи битов на основе камер с разрешением 1080 px со скоростью 25 кадров в секунду. Съемка велась в небольшим кафе и на перекрестке с высоким трафиком в течение 24 часов.

 

Сравнение мгновенного битрейта между двумя сценами

Тестирование одной и той же сцены в оживленном кафе в разное время суток показало, что разница в скорости между кодеками менее значительна, когда число движущихся объектов в сцене увеличивается. Тем не менее, разница в цифрах все еще заметна. Средний битрейт между H.264 и H.265+ Hikvision уменьшился на 83%. Скорость между стандартным H.265 и кодеком H.265+ Hikvision уменьшилась на 67% – меньшая разница, но все еще значительная при применении к системам реального мира.

 

Размер 24-часового файла в разных сценах

Розміри файлів 24-годинного відео двох різних сцен показували скорочення на Н.265+. Перша сцена була у кафе, де кодек H.264 давав у средньому 22,7 Гб, а H.265 – у средньому 11,8 Гб. Варто зазначити, що H.265+ складав у средньому всього 3,9 Гб. Другу сцену зафільмували на перехресті. Тут 24-годинне порівняння розміру файла дало аналогічні результати. H.264 – у средньому 36,4 Гб, H.265 – у средньому 21,1 Гб, а H.265+ знову показав найнижчий средній бітрейт – усього лише на 7,5 Гб.

Ось ці цифри у відсотках. У сценарії моніторингу кафе швидкість 24-годинного файлу між H.265 та Hikvision H.265+ зменшилася на 66,4%, а між H.264 і Hikvision H.265+ – на 82,5%. Для спостереження за перехрестям розмір 24-годинного файлу між H.265 та Hikvision H.265+ зменшився на 64,5%, тоді як розмір між H.264 та Hikvision H.265+ зменшився на 79,4%.

 

Переваги: покращена пропускна здатність, зберігання, візуалізація та VCA

Поперше, H.265+ найбільш ефективно використовує кожен біт, тому роздільна здатність HD і ultraHD виглядають максимально чіткими, різкими та сфокусованими. Через покращення передачі зображення цільові об’єкти будуть мати більше пікселів, тому використання VCA, напевно, стане ретельнішим і точним. Мережа, що використовує H.265+, має велику пропускну можливість, доступну у будь-який момент часу. Чим більше пропускна можливість, тим краще працює система. У реальному використанні у широкополосній мережі на 20 Мбіт кодек H.264 може містити п’ять камер. H.265 подвоює це, несучи навантаження десяти камер. Але H.265+ вміщує двадцать й більше камер в одну мережу і стане кращим варіантом для користувачів, розширюючих встановлення та перейшовших одночасно на 4K.

 

Використання усюди

В умовах нестабільної мережі, обмеженої смуги пропускання, чи коли замовникам потрібно зберігати дані протягом тривалого часу застосування H.265+ буде найбільш ефективним. Окрім того, цей кодек можна інтегрувати у комплексні рішення безпеки для конкретних функцій – 4K, Panoramic, а також у вибухозахисні камери, продукти з ультранизьким освітленням і антикоррозійні продукти. Як і будь-яке нове технологічне удосконалення, обновлення у масштабі усієї галузі від існуючих чи застарілих стандартів потребує часу і ресурсів. Для H.265 миграція прискорюється, перш за все, в нових системах, оскільки модернізація існуючих систем на базі H.264 лише збільшує витрати. H.265 стане бажанішим для системних інтеграторів і кінцевих користувачів, оскільки його зменшені бітрейти дають високу роздільну здатність, а зображення виходять значно чіткішими. Окрім того, цільові об’єкти можуть бути изольовані та розширені з більшою ясністю, і використані білш точні VCA.

 

Підбиваючи підсумки

Кодек H.256+ Hikvision оптимізує технологію кодування H.265 / HEVC, відповідає її стандартам стиснення і працює з переважною більшістю апаратного і програмного забезпечення, призначеного для використання H.265. Під час користування H.265+ якість відео залишається практично такою ж, як і в H.265 / HEVC, одночасно радикально знижуючи вимоги до пропускної здантності і ємності пам’яті. Кодек H.265+ буде сприяти розширенню застосування роздільних здатностей ultraHD у системах відеоспостереження, таких як 8 Mp і 12 Mp пристрої. У будь-якому випадку цей новий кодек скоротить витрати на зберігання, максимально ефективно використає інвестиції у відеоспостереження та розширить використання відео 4K та ultraHD у галузі безпеки.