Hikvision H.264+ Новая Технология Кодирования

Hikvision H.264+ Новая Технология Кодирования

Оф. описание на английском языке (12стр от 07.01.2016)

Введение H.264 +

технология являет собой своего рода интеллектуальный алгоритм, разработанный компанией Hikvision. Это превосходная технология кодирования, которая фокусируется на особенностях видеонаблюдения и оптимизирована на основе H.264 / AVC. С помощью нового кодека H.264+ значительно уменьшается видео битрейт, таким образом, уменьшается стоимость системы и увеличивается объем хранения видеоархива (в днях)

Основа

Растущие требования к объемам видеоданных требуют много устройств хранения данных. Соответственно, популярность видео высокой четкости, растущий битрейт и разрешение увеличивают стоимость системы.
Чтобы решить эту проблему, производители систем наблюдения продолжают пытаться создать лучший кодек используя последние технологии сжатия видео, в том числе MPEG2, MPEG4, H.264/AVC и т.д., среди которых H.264 / AVC — самый популярный стандарт сжатия, стал
основанием для технологии сжатия H.264 plus.

Особенности Видеонаблюдения:

По сравнению с обычными видео (домашнего пользования), видеонаблюдение имеет следующее Особенности:
Фоновая информация остается стабильной и редко меняется.
Движущиеся объекты могут появиться только несколько раз в течение значительной части времени.
Зритель в основном сосредоточен на движущихся целях.
24 часовое нон-стоп видеонаблюдение и шум на видео имеет относительно большое влияние на качество изображения.

Ключевая Технология

H.264+ улучшает производительность сжатия, основан на 3 ключевых технологиях:

  • технология интеллектуального кодирования на основе модели фон (background) с предсказанием,
  • фоновая технология подавления шума
  • технология управления битрейтом. 

 

Кодирование с предсказанием

Нынешние алгоритмы сжатия основного потока, такие как MPEG2, MPEG4, H.264 / AVC, и последние HEVC, все они основаны на базе гибридного кодирования. Интеллектуальное кодирование является одним из основных технологий сжатия по производительности, и оно может быть разделено на пространственную область кодирования и временную область кодирования с предсказанием.

При применении технологии кодирования с предсказанием I-frame может быть частично закодирован и принимать часть кадра с n-1 I-frame кадра
Для временной области при кодировании с прогнозированием Вы можете получить более низкий поток, компрессируя различия между опорным кадром и переменным кадром

Следовательно, выбранный соответствующий опорный кадр играет решающее значение.
Для видеонаблюдения, фоновая информация, как правило, стабильная, таким образом,
можно извлечь фоновое изображение в качестве опорного кадра для кодирования. Стабильность должна
быть ключевым фактором при выборе фонового изображения.

Рисунок1 модель фона

Как показано на рисунке 1, среди 3 кадров, T0 ~ Т1 кодированные изображения,
здесь можно оставить фоновое изображение как опорный кадр Т0, а дальше кодировать Т2 на основе
на сходства и различия между T1 и фоновым изображением (опорным кадром Т0).

Возьмем рисунок 2, например: объект движется от В к А (от T1 до T2). Так когда мы
кодируем Т2 кадр, площадь A является недавно используемой поверхностью В.

Это подразумевает, что эта площадь не будет каждый раз полностью повторно кодироваться.

Рисунок 2 объект движется от В к А

Если кадр Т1 взят в качестве опорного кадра, не будет оптимизирован на совпадение блоков для B области. Таким образом, больше потоков не требуется.

Рисунок 3 Традиционный тип кодирования

Только остаточное содержание должно быть закодировано.

Если мы берем фоновое изображение (T0) в качестве опорного кадра, в большинстве
случаев, будет оптимизированный блок для B области.
Тем не менее, если мы копируем ту же информацию на фоновом изображении, а затем
принимаем T1 в качестве опорного изображения, то мы можем просто найти лучшие пиксели для кодирования T2,
что гарантирует высокое качество изображения и снижает скорость передачи.

Рисунок 4 Фоновый тип кодирования

Если взять фоновое изображение как точку отсчета (а не каждый 25 iframe кадр), то можно
не только повысить производительность сжатия кодирования неподвижных объектов, но
также снизить битрейт Iкадра.
I-frame кадр всплывает каждые несколько секунд при кодировании видео наблюдения. Как
результат, битпоток Iкадра занимает довольно высокий процент во время кодирования,
особенно для окружающей среды, которая имеет много деталей и относительно, всегда
неподвижна. І-фрейм кадр может занять до 50% ресурсов кодирования. Кроме того,
Информация, отображаемая на Iкадре повторяется, когда фон стабилен.
Для того чтобы уменьшить битрейт поток повторного I-кадра, H.264+ спроектирован
на основе предиктивного кодирования отношения между опорными кадрами (на основе модели фона),
как показано на рисунке 5. Это снижает общую стоимость и гарантирует отличное и легковесное воспроизведение
видео пользователями.

Рисунок 5 Интеллектуальный тип кодирования (Относительно опорного кадра)

На рисунке 5, красная рамка является фоновым кадром (I-frame), используя intra-frame
кодирование с предсказанием; синий блок является обновлением кадров, принятие внутри кадра
прогностического кодирования (для движущихся объектов, отмеченные красными рамками на рисунке 6) и
межкадрового (между iframe1 и frame2) интеллектуального кодирования (для неподвижных объектов); белый блок — нормальный кадр, кодируется с помощью межкадрового интеллектуального кодирования.
Красный блок выбран с помощью алгоритма анализа интеллекта, который имеет меньше
движущихся объектов. Скорость передачи фонового кадра почти та же
что в Iкадре, есть некий промежуток времени между двумя фоновыми кадрами.

Перемещение объектов: кодирование с предсказанием

Рисунок 6 кадр предсказанного кодирования

Размер кадра фона почти такой же, что и Iкадра,
интервал времени между фоновых кадров гораздо больше, чем
интервал между I-кадрами. Размер измененных данных на остаточном кадре гораздо меньше
чем размер I кадра. Временной интервал между двумя изменеными кадрами являются одинаковыми
Измененный кадр также может быть использован в качестве I кадра.

Подавление шума

На основании признака, что окружающая среда (что находиться под видеонаблюдением) является относительно стабильной,
интеллектуальный алгоритм анализа может извлечь фоновое изображение и перемещенные
объекты. Как правило, для того, чтобы гарантировать качество движущихся объектов,
H.264 кодер кодирует также шум в окружающую среду. Однако, с
интеллектуальным анализом, кодер может кодировать движущие объекты и
фоновую информацию разными стратегиями кодирования. Например
исходя из того, что качество видео гарантированы, фон
изображение может быть закодирован с высокой степенью сжатия, чтобы подавить
шум в какой-то степени и снизить скорость передачи.

Рисунок7 подавление шума

На рисунке 7, алгоритм интеллектуального анализа извлекает фоновое изображение и
движущиеся объекты. Фоновое изображение кодируется с высокой ступенью компрессии для подавления шума и снижает скорость передачи.

Долгосрочное управление потоком

С использованием технологии подавления шума на фоне изображения, битрейт колеблется
в соответствии с размером области фона. На улице, например,
площадь фона сравнительно невелика, потому что есть много людей и транспортных средств (в дневное время),
что приводит к высокому бит рейту. Напротив, та же площадь в ночное время с меньшим количеством людей и транспортных средств, снизит битпоток.

Рисунок 8 колебание битрейта

Выделение различных битрейтов в соответствии с различными периодами времени не только
гарантирует качество изображения движущихся объектов, но также снижает нужный объем хранения.
Для того, чтобы в полной мере использовать битрейт, Hikvision представляет новый вид битрейта
концепция под названием «средний битрейт«. «Средний битрейт« означает усредненный
битрейт в различные периоды времени (имеется ввиду на протяжении суток — 24 часа). Для поддержания
качественной кодировки движущихся целей и уменьшения пространства для хранения, Н.264+ кодек анализирует битрейт
в разные периоды времени, самостоятельно регулирует битрейт и выделяет свободный битрейт
в те периоды, которые нуждаются в потоке больше. В то же время, технология долгосрочного управления потоком
Н.264+ поддерживает средний битрейт в качестве заданного значения.
Технология контроля долгосрочного битрейта является эффективным методом, который самостоятельно может адаптироваться к
различным требованиям полосы пропускания в различные периоды времени и может обеспечить в усредненный
битрейт до достижения заданного значения. Стоит отметить, что хранение может быть
рассчитано в соответствии с средним битрейтом.

 Рисунок 9 среднее значение битпотока

На рисунке 9, период А и В имеют свободное битрейт, в период С нужна полоса пропускания побольше,
H.264+ самостоятельно регулирует битрейт и выделяет свободный битрейт под период C.

Снижение потока

Включите H.264+, и убедитесь, что тип Потока переменный (не постоянный), H.264 +
работает только под типом переменного битрейта. H.264 + включен, среднее значение битпотока
включено. Средний по умолчанию битрейт рассчитывается путем интеллектуального алгоритма
на основе максимального битрейта.
В большинстве случаев, среднюю скорость передачи не нужно устанавливать. Согласно
различным сценарии детекции изображения, значение также может быть скорректировано в соответствии с
уровнем движения на сцене, таким образом, чтобы быть уменьшенной в среде с несколькими движущимся целями
и увеличенной, когда есть много движущихся целей.
Рисунок 10 показывает примеры сцен видеонаблюдения Hikvision H.264, где + может
снизить потребности в хранении. Снижение потока связано с размером фона и
суммой движения. Таблица показывает общее снижение потока.

Рисунок 10 Сцена - снижение потока

Данная статья взята с http://bastionua.com