H.265的發(fā)展現(xiàn)狀及前景

□/文本刊記 者何遙

視頻監(jiān)控在清晰度的要求上越來越高，4K如今并不少見，甚至8K已經(jīng)嶄露頭角。更高的清晰度也帶來了問題，即，如何在不需費(fèi)力增加帶寬的前提下獲得更高清、更生動(dòng)的視頻畫質(zhì)體驗(yàn)？H.265作為一種視頻壓縮編碼技術(shù)，可以在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需原先的一半帶寬，即可播放相同質(zhì)量的視頻。

視頻監(jiān)控在清晰度的要求上越來越高，4K如今并不少見，甚至8K已經(jīng)嶄露頭角。更高的清晰度也帶來了問題，即，如何在不需費(fèi)力增加帶寬的前提下獲得更高清、更生動(dòng)的視頻畫質(zhì)體驗(yàn)？H.265作為一種視頻壓縮編碼技術(shù)，可以在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需原先的一半帶寬，即可播放相同質(zhì)量的視頻。

壓縮效率提升一倍的技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及攝像機(jī)芯片處理能力一直在提升，安防監(jiān)控高清視頻1080P已逐漸普及，監(jiān)控領(lǐng)域也出現(xiàn)了4K高清視頻，這樣一來，之前使用的MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC基礎(chǔ)上不能滿足需求了，H.265就應(yīng)運(yùn)而生，這讓壓縮效率提高了一倍。

H.265算不上是新技術(shù)。早在2012年8月，愛立信公司就推出了首款H.265編解碼器，僅僅六個(gè)月之后，國際電聯(lián)(ITU)就正式批準(zhǔn)通過了HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)全稱為高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding)，相較于之前的H.264標(biāo)準(zhǔn)有了相當(dāng)大的改善。該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)剛一通過，三星、高通、博通以及華為等IT巨頭都公開展示了相關(guān)技術(shù)。

H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)主要來源于國際電聯(lián)ITU-T和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO，ITU的H.26×系列視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過了H.261、H.263,h.263+這樣一個(gè)演進(jìn)過程。而ISO的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是MPEG系列，從MPEG1、MEPG2到MPEG4，之后兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組合走向合作，成立了JVT，推出了在當(dāng)時(shí)（2008年）最有效的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC。

H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。相比于H.264，通過H.265編碼的視頻大小將減少大約39-44%，在碼率減少的情況下，H.265編碼視頻的質(zhì)量還能與H.264編碼視頻近似甚至更好，其本質(zhì)上說是比預(yù)期的信噪比(PSNR)要好。

提出H.265標(biāo)準(zhǔn)，是為了給音視頻服務(wù)提供更好的視頻編碼方法。音視頻服務(wù)包括會(huì)話式和非會(huì)話式音視頻服務(wù)。其中會(huì)話式音視頻服務(wù)包括視頻會(huì)議和可視電話，非會(huì)話式音視頻服務(wù)包括流媒體、廣播、文檔下載、內(nèi)容存儲(chǔ)/播放和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。

H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延遲和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。具體的研究內(nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時(shí)的遲延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入遲延、降低復(fù)雜度等。H.264由于算法優(yōu)化，可以低于1Mbps的速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送；H.265則可以實(shí)現(xiàn)利用1～2Mbps的傳輸速度傳送720P(分辨率1280×720)普通高清音視頻傳送。

與之前從H.261到H.264的其他標(biāo)準(zhǔn)相比，H.265的顯著改善不僅表現(xiàn)在幀間壓縮領(lǐng)域，還表現(xiàn)在幀內(nèi)壓縮方面。由于可變量的尺寸轉(zhuǎn)換，H.265在塊壓縮方面有很大的改善，但是增加壓縮效率的同時(shí)也帶來了一些新挑戰(zhàn)。

H.265標(biāo)準(zhǔn)在H.264基礎(chǔ)上，對(duì)一些技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，僅需要原來的一半帶寬就可以播放相同質(zhì)量的視頻。顯然，采用H.265編碼，電腦、手機(jī)、平板、電視、包括安防監(jiān)控行業(yè)，都能在同等視頻質(zhì)量的基礎(chǔ)上節(jié)省更多帶寬和容量。

需要注意的是，攝像機(jī)和存儲(chǔ)NVR需要同時(shí)支持H.265，才能夠?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)空間減半的目標(biāo)。如果出現(xiàn)攝像機(jī)和NVR一方支持，一方不支持，那么設(shè)備一般都是向下兼容的，攝像機(jī)和NVR也一樣，他們都可以正常使用，但是存儲(chǔ)減半的目標(biāo)就不能實(shí)現(xiàn)了。

H.265在安防行業(yè)的應(yīng)用

對(duì)于大多數(shù)的行業(yè)應(yīng)用來說，采用H.265是解決傳輸帶寬和減少存儲(chǔ)空間的方法。

但是，在安防的視頻監(jiān)控領(lǐng)域，新產(chǎn)品的應(yīng)用還受到很多方面的限制。如專為環(huán)?；蛘呱址阑鸬饶繕?biāo)而設(shè)計(jì)的室外遠(yuǎn)程監(jiān)控項(xiàng)目，一般都需要建立專門的傳輸路線，這種情況下，單一路線只需要傳輸1路或者幾路視頻時(shí)，基本也不會(huì)考慮傳輸帶寬的問題；也有可能項(xiàng)目的驗(yàn)收負(fù)責(zé)人完全不懂其中的區(qū)別或者某些原因，畢竟采用H.265視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)就算不節(jié)省傳輸帶寬，后端也會(huì)節(jié)省存儲(chǔ)空間。

另外，對(duì)于項(xiàng)目化的專業(yè)用戶和需要監(jiān)控的一般消費(fèi)者而言，平安城市、交通檢測(cè)和銀行監(jiān)控這類專業(yè)用戶需要更加穩(wěn)定和可靠的系統(tǒng)。他們中大多數(shù)已經(jīng)在使用現(xiàn)有的技術(shù)，對(duì)于是否更換采用H.265還心存猶豫，這就需要更長的驗(yàn)證周期，畢竟安全才是第一位的。

在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，中小企業(yè)和家庭、商店用戶等消費(fèi)者需要更低成本的安裝和運(yùn)營，因此會(huì)更加傾向于采用新技術(shù)。基于此，H.265產(chǎn)品的應(yīng)用可能首先在中小企業(yè)應(yīng)用中獲得成功，并在消費(fèi)者市場獲得認(rèn)可。如果H.265標(biāo)準(zhǔn)快速成熟，其壓縮效率比H.264提升50%，它就能夠節(jié)省20%的投資，保證更高的性能和更替的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)建設(shè)成本。

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控畫面有很大一部分是靜止的，這意味著畫面中的很多信息是無效的，這些無效信息仍然會(huì)占有部分帶寬資源；在H.265的基礎(chǔ)之上，更有安防企業(yè)推出smart265的方案，針對(duì)視頻更進(jìn)步的智能編碼，將畫面運(yùn)動(dòng)部分和靜止部分自動(dòng)區(qū)隔開，重點(diǎn)分析運(yùn)動(dòng)的畫面，從而降低碼率，比H.265進(jìn)一步的降低碼流和存儲(chǔ)成本。

H.265編碼擁有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有高畫質(zhì)、高兼容、高品質(zhì)、低碼率及低成本，經(jīng)過這幾年的市場鋪墊累積，H.265的應(yīng)用有望在全國乃至全球迎來爆發(fā)期。

利用H.265升級(jí)視頻監(jiān)控方案

視頻清晰度越來越高，從VCD發(fā)展到DVD、高清，從超清一直到4K、8K。而隨著5G技術(shù)的普及，視頻將更多以AR、VR的形式出現(xiàn)。視頻的體積越來越大，給視頻的存儲(chǔ)和傳輸帶寬帶來越來越大的壓力。同樣的，安防企業(yè)也需要視頻編碼這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)不斷進(jìn)步，使視頻的壓縮性能不斷提高。

今年4月，江森自控旗下泰科 HOLIS Pro H.265視頻管理解決方案全新升級(jí)，系統(tǒng)部署和配置更加便捷，并支持在統(tǒng)一集成平臺(tái)管理視頻監(jiān)控、門禁控制和防盜報(bào)警系統(tǒng)，為用戶帶來更好的操控體驗(yàn)。搭配全系列Illustra（易樂思）E系列和V系列高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，全新升級(jí)的HOLIS Pro能夠提供端到端的H.265視頻監(jiān)控解決方案，全面滿足客戶可視化安防管理平臺(tái)及大型集成化監(jiān)控場景的需求。

新一代HOLIS Pro分布式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控集成管理平臺(tái)系列產(chǎn)品，包括了以全新的HVM-S5000系統(tǒng)為核心的一系列一體式平臺(tái)服務(wù)器和軟件產(chǎn)品，以及用于中心管理的顯示和控制產(chǎn)品。HVM-S5000系統(tǒng)擁有靈活的系統(tǒng)架構(gòu)，可以支持多達(dá)數(shù)萬路的視頻通道管理，根據(jù)實(shí)際需要可以進(jìn)行集中式部署或分布式部署；全面支持Linux操作系統(tǒng)以及軟硬件一體化服務(wù)器的產(chǎn)品形態(tài)，使得系統(tǒng)部署更加簡單和快捷，在擁有了更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和擴(kuò)展性的同時(shí)，系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率也再一次得到了提升。

HVM-S5000系統(tǒng)無論在產(chǎn)品硬件構(gòu)成還是在軟件功能方面，均采用模塊化管理，用戶可以根據(jù)需求定制自己的系統(tǒng)。同時(shí)，HVM-S5000系統(tǒng)還支持與門禁和報(bào)警系統(tǒng)的對(duì)接，使用戶在同一個(gè)可視化平臺(tái)上即可以管理整套安防系統(tǒng)。HVM-S5000的人機(jī)界面再一次進(jìn)行了優(yōu)化，使用戶擁有更加便捷和友好的使用體驗(yàn)。全新搭載的HAPI3協(xié)議與全新的前端Illustra系列攝像機(jī)無縫兼容，并可實(shí)現(xiàn)多樣化的智能視頻分析功能，包括事件觸發(fā)和檢索，以及人數(shù)統(tǒng)計(jì)、客流分析等商業(yè)智能應(yīng)用。同期發(fā)布的Illustra E系列和V系列H.265高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)涵蓋了從200萬像素和500萬像素的基礎(chǔ)型產(chǎn)品以及200萬像素的增強(qiáng)型產(chǎn)品，提供迷你紅外防破壞半球、迷你紅外筒機(jī)、室內(nèi)半球、室外半球以及標(biāo)準(zhǔn)紅外筒機(jī)等多種產(chǎn)品形態(tài)，

Illustra E系列和V系列H.265高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)擁有精美的產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)以及強(qiáng)大的功能，從定焦到變焦多種鏡頭的選擇可以適應(yīng)各種現(xiàn)場需求；優(yōu)化的紅外性能以及寬動(dòng)態(tài)性能為低光照和復(fù)雜光線環(huán)境下的監(jiān)控場景提供了完美的解決方案；DC12V和PoE雙供電，為安裝和部署提供了極佳的便利條件。Illustra V系列高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)標(biāo)配電動(dòng)變焦鏡頭，使安裝和調(diào)試更加簡便的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)焦、聚焦等功能；配合前端SD卡存儲(chǔ)，可以與后端存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)斷網(wǎng)續(xù)傳的功能。此外，Illustra V系列產(chǎn)品均支持前端智能視頻分析功能。

大華在2018年就推出了新的V5系列產(chǎn)品。相比與以往的產(chǎn)品，該系列支撐更多種類攝像機(jī)的接入，用戶可自由選擇靈活應(yīng)用；同時(shí)，在編碼技術(shù)上也進(jìn)行了升級(jí)，實(shí)現(xiàn)碼流、存儲(chǔ)空間雙降；全新增加的IoT物聯(lián)功能，貼合物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展。

通過大幅壓縮碼流，解決了視頻數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間不足和傳輸速度過慢的問題。同時(shí)，全系列產(chǎn)品支持IoT物聯(lián)功能，可查詢溫濕度等信息，為智慧物聯(lián)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。大華同軸H.265 V5系列產(chǎn)品在擁有更為豐富的功能的同時(shí)也更具經(jīng)濟(jì)性，在符合時(shí)代需求的同時(shí)也更加符合廣大用戶的利益，可廣泛適應(yīng)用于公安雪亮工程、社會(huì)面接入、平安城市、銀行網(wǎng)點(diǎn)等視頻數(shù)據(jù)量大、存儲(chǔ)周期長等場景。

專利收費(fèi)帶來問題

有些廠商開始注意到，H.265的標(biāo)準(zhǔn)的專利權(quán)屬于國際電聯(lián)ITU-T和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO，未來可能會(huì)有收取專利費(fèi)的事情發(fā)生。

初期的視頻編碼技術(shù)是由ITU-T和MPEG兩個(gè)組織分別研發(fā)和制定，其中影響比較大的是MPEG研發(fā)的MPEG-2被稱為第一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。在2000年左右時(shí)，兩個(gè)組織成立聯(lián)合工作小組JVT，共同制定了H.264標(biāo)準(zhǔn)。

從此，兩大標(biāo)準(zhǔn)組織共同研發(fā)和制定標(biāo)準(zhǔn)，并在2010年成立聯(lián)合工作組JCT-VC，制定了H.265標(biāo)準(zhǔn)。H.265于2013年發(fā)布，成為最新的一代視頻標(biāo)準(zhǔn)，其視頻壓縮性能比H.264要提高一倍。

一切看上去很正常，但危險(xiǎn)正隱藏在平靜湖面之下。MPEG的MPEG LA在成立之初就存在一個(gè)重大隱患，即ITU-T和ISO/IEC用于制定標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)專利，并沒有完全掌握在MPEG LA手中。

然而視頻編碼技術(shù)的任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都是由大量的技術(shù)專利來支撐，一般會(huì)有800到1000族技術(shù)專利。這些專利集中在不同的大量企業(yè)手中，在廠商使用該專利時(shí)會(huì)遇到困境：如何收費(fèi)成為擺在專利持有者和專利使用者之間一道難以調(diào)和的矛盾。

在H.264標(biāo)準(zhǔn)時(shí)代，這個(gè)隱患還不明顯，主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)大的企業(yè)，大多數(shù)加入專利池，由MPEG LA統(tǒng)一收費(fèi)。使用H.264標(biāo)準(zhǔn)的廠商，按照MPEG LA制定的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)繳費(fèi)，可以放心使用。

然而到了H.265標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一方面MPEG LA提高了H.265的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，有不少的專利持有者并沒有加入MPEG LA專利池，提出單獨(dú)收取專利費(fèi)訴求。

其中一些企業(yè)甚至成立了另一個(gè)收費(fèi)組織HEVC Advance，要求H.265使用者也再次繳費(fèi)，并且費(fèi)用高于MPEG LA。

如此一來，對(duì)于蘋果、亞馬遜、Facebook、Netflix等產(chǎn)業(yè)鏈諸多廠商而言，使用H.265將不得不向MPEG LA和HEVC Advance兩個(gè)組織繳納許可費(fèi)用。要知道，在這兩個(gè)組織之外，一些企業(yè)也掌握著H.265的專利，他們可能也會(huì)效仿前兩個(gè)組織成立新的組織，對(duì)使用廠商收取費(fèi)用，或者單獨(dú)收取費(fèi)用。

這就導(dǎo)致了使用H.265的廠商，每家每一年可能要付出達(dá)到上億美元許可費(fèi)用，單臺(tái)設(shè)備需要繳納1美元以上。這無形中對(duì)使用該技術(shù)的廠商和消費(fèi)者，產(chǎn)生了更高的使用成本。

如果繼續(xù)以H.265標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)研發(fā)新的標(biāo)準(zhǔn)，那么專利亂局將不會(huì)改善，有可能給整個(gè)視頻產(chǎn)業(yè)帶來摧毀性的沖擊，特別是沖擊發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的OTT產(chǎn)業(yè)和即將在5G中被寄予厚望的VR產(chǎn)業(yè)。

但該問題也有解決辦法。在下一代視頻標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，ITU-T和ISO/IEC如果能避免過多依賴H.265標(biāo)準(zhǔn)，重新構(gòu)建一個(gè)專業(yè)較為集中的新標(biāo)準(zhǔn)，也許會(huì)對(duì)現(xiàn)在的亂局有一定的遏制。

然而，從JVET公布的消息來看，下一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)還是過多的依附于H.265，這也許會(huì)讓整個(gè)視頻產(chǎn)業(yè)感到失望和。

一些企業(yè)已經(jīng)開始采取措施，如谷歌、微軟、英特爾等巨頭成立了媒體聯(lián)盟，基于開源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)免費(fèi)的編碼標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)全新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，將與JVET制定的下一代標(biāo)準(zhǔn)形成競爭。

結(jié)束語

中國不僅是全球領(lǐng)先的手機(jī)、機(jī)電盒、電視等視頻終端生產(chǎn)商，也有眾多視頻網(wǎng)站及直播網(wǎng)站，而且是世界安防視頻監(jiān)控產(chǎn)品生產(chǎn)大國，必須要對(duì)視頻編碼專利健康發(fā)展高度重視。4K視頻，以及未來的8K、AR，都需要健康的發(fā)展環(huán)境。

新技術(shù)、新產(chǎn)品并不只意味著便捷與陽光，它們的道路也充滿了困難與挑戰(zhàn)。包括安防在內(nèi)的視頻產(chǎn)業(yè)界需要共同努力，放長眼光，積極行動(dòng)，既要利用好H.265，也可以嘗試建立一個(gè)與H.265完全不同的全新編碼標(biāo)準(zhǔn)。5G時(shí)代，視頻產(chǎn)業(yè)迎來更好的明天。