Hikvision H.264+

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+ значительноуменьшается 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 видеовысокой четкости, растущий битрейт и разрешение увеличиваютстоимость системы.
Чтобы решить эту проблему, производители систем наблюденияпродолжают 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 3ключевых технологиях:

• технология интеллектуального кодирования на основе модели фон (background) с предсказанием,
• фоновая технологияподавленияшума
• 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 базегибридного кодирования. Интеллектуальное кодирование является одним из основных технологий сжатия по производительности, и оно может быть разделено напространственную область кодирования и временную областькодирования 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 кадриграет решающее значение.
Для видеонаблюдения, фоновая информация, как правило, стабильная, таким образом,
можно извлечь фоновое изображение в качестве опорного кадрадля кодирования. Стабильность должна
быть ключевым фактором при выборе фонового изображения.

Как показано на рисунке 1, среди 3 кадров, T0 ~ Т1 кодированныеизображения,
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.

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

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 снижаетскорость передачи.

Если взять фоновое изображение как точку отсчета (а не каждый 25 iframe кадр), то можно
не только повысить производительность сжатия кодированиянеподвижных объектов, но
также снизить битрейт I—кадра.
I-frame кадр всплывает каждые несколько секунд при кодировании видео наблюдения. Как
результат, битпоток I—кадра занимает довольно высокий процентво время кодирования,
особенно для окружающей среды, которая имеет много деталей и относительно, всегда
неподвижна. І-фрейм кадр может занять до 50% ресурсовкодирования. Кроме того,
Информация, отображаемая на I—кадре повторяется, когда фонстабилен.
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.

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 межкадровогоинтеллектуального кодирования.
Красный блок выбран с помощью алгоритма анализа интеллекта,который имеет меньше
движущихся объектов. Скорость передачи фонового кадра почти та же
что в I—кадре, есть некий промежуток времени между двумяфоновыми кадрами.

Перемещение объектов: кодирование с предсказанием

Размер кадра фона почти такой же, что и I—кадра,
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 Iкадра.

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 качестводвижущихся объектов,
H.264 кодер кодирует также шум в окружающую среду. Однако, с
интеллектуальным анализом, кодер может кодировать движущиеобъекты 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.

На рисунке 7, алгоритм интеллектуального анализа извлекаетфоновое изображение и
движущиеся объекты. Фоновое изображение кодируется с высокойступенью компрессии для подавления шума и снижает скорость передачи.

Долгосрочное управление потоком

С использованием технологии подавления шума на фонеизображения, битрейт колеблется
в соответствии с размером области фона. На улице, например,
площадь фона сравнительно невелика, потому что есть многолюдей 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.

Выделение различных битрейтов в соответствии с различнымипериодами времени не только
гарантирует качество изображения движущихся объектов, нотакже снижает нужный объем хранения.
Для того, чтобы в полной мере использовать битрейт, Hikvisionпредставляет 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 уменьшенияпространства для хранения, Н.264+ кодек анализирует битрейт
в разные периоды времени, самостоятельно регулирует битрейт ивыделяет 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 различныепериоды времени и может обеспечить в усредненный
битрейт до достижения заданного значения. Стоит отметить, что хранение может быть
рассчитано в соответствии с средним битрейтом.

На рисунке 9, период А и В имеют свободное битрейт, в период Снужна полоса пропускания побольше,
H.264+ самостоятельно регулирует битрейт и выделяет свободныйбитрейт 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 путеминтеллектуального алгоритма
на основе максимального битрейта.
В большинстве случаев, среднюю скорость передачи не нужноустанавливать. 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 HikvisionH.264, где + может
снизить потребности в хранении. Снижение потока связано сразмером фона и
суммой движения. Таблица показывает общее снижение потока.

Данная статья взята с http://bastionua.com