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5G时代的视频编码技术

2019-12-05钟海

中国公共安全 2019年10期
关键词:码率视频文件解码

□ 文 /钟海

移动通讯技术已经进入到第五代——5G。与4G/ 3G / 2G不同的是,5G并不是独立的、全新的无线接入技术,而是对现有无线网络技术(包括2G / 3G / 4G/ WiFi的)技术的进化,以及一些新增的补充技术,集成后解决方案的总称。如今,5G商用已在国内逐步实施。据业内人士预测,5G将在2020年在全球范围内商用。与此同时,安防视频的高清化已经越来越明显,4K也开始有了应用。更清晰的视频,意味着对通信手段更高的要求。作为一种高效的视频编码技术,H.265会成为主流吗?

H.265让视频文件更小,质量更好

为何要对视频进行编码?例如,一部时长约90分钟、4K分辨率的视频,在拍摄剪辑完成之后,其原始文件大小在50TB(约为50000GB)左右,其中大部分为音轨文件,不过剥除这些声音文件后,文件大小也会达到1TB左右(1080P约为4K影片的1/3),这样算下来如果需要流畅播放这样一部视频,其网络能力要达到250MB/秒以上,就现在的网络布局来说,属于商用级应用,运营商的带宽成本也负担不起,而此时视频编码技术显得尤为重要。

编码技术就是减小视频的文件量,充分压缩后的文件,才能够在网络上流通在线观看,更为重要的是,很多在线资源的分辨率固然达到了4K,但是码率却远远不够,就目前来说,这无论对安防视频还是民用娱乐视频来说都是很大的缺陷。

由于网络带宽成本的限制,运营商不得不将视频文件充分压缩,而视频编码在其中起到了非常关键的作用,优秀的编码方式能将视频文件进一步压缩的同时,还能保证其质量。目前各种视频的主要编码形式主要有两种:HEVC与VP9。

无论HEVC与VP9中蕴含着多么高深的技术,关键在于利用高效率的压缩算法,把视频文件的容量压缩得更小,以便于传输或存储。相对的,播放这些压缩过的影片,就需要硬件有更强大的处理能力来进行解码,这也是很多电视与电视盒子标榜其支持H.265硬件解码的原因。安防监控产品也是如此。

视频解码分为“硬解”和“软解”两种,硬解是由设备中专门的芯片负责对应格式视频的解码工作,而软解则是通过软件算法“暴力”解码,对硬件的运算能力要求更高。

视频编码技术的发展,必然伴随各种标准的革新,之前的H.264标准编码的文件,现在主流的H.265文件所编码出来的文件大小,已经出现了翻天覆地的变化。未来的H.266甚至能够将本地普通电影时长的1080P资源压缩至2GB以内。正是因为有了H.265这样的编码技术,较新的4K视频的文件容量甚至比720P资源更小,这样可以让4K视频看起来不卡,而有些720P资源却会卡顿。

可以看到,网络带宽的发展,信息传递的速度直接影响着我们最终得到的效果,而这其中存乎很多关键环节。成熟的视频编码技术,就是问题的关键所在,而网络及硬件设备基础设施,则是促进其发展的基石。

5G时代,8K视频也能在线播放

电视产业向由8K发展的趋势是不可逆的,这同时意味着新的编码技术也要跟上。技术发展的速度令人震撼,2020年日本东京奥运会将采用8K直播。

业界对H.265编码越来越熟悉了,目前来说苹果英特尔等硬件产品都支持此标准片源的解码优化。而8K视频的编码技术,则是要看下一代的H.266编码标准了,现在来看这依然需要一些时间。

通过JVCSuperHi-Vision的摄像机视频采集的结果来看,长度为1分钟左右的7680×4320分辨率视频,约占用200GB存储空间,如此惊人的体积,对网络带宽而言,当然有巨大的压力,更不必说有线电视信号了。如果将数据比作水,那么网络带宽就是水管,只有更粗的水管,才能负担8K视频的巨大数据通量。

在日本,8K视频信号直接由卫星进行传输,而国内的环境还难以达到这样的标准,有线电视信号亟需改观,而且现今的4G网络在8K如此大的数据流量上也难有任何建树。好在5G 时代已经走来,我们就要把希望寄托在5G网络上。

H.265只是规定了一个可用技术的范围,编码时很多特性可以用,也可以不用。所以H.265编码器的使用难度大概是H.264的2-3倍不止。目前有些才做到10bit下对H.264 中高质量的20-30%的体积压缩,而且还是建立在对于所有命令参数全部理解且大量实验的基础上,如果直接设置码率不使用任何高级命令参数调节,很可能得到的效果反而比H.264更差(默认参数设置仅针对低码率环境,用于中高码率环境副作用太大)。从技术上看,H265是很好的工具,但主要还是具备技术和资源优势的厂商才能用得好。

现在市场上使用的设备仍然有一些以支持H.264格式为主,现实情况不能马上将所有设备升级替换掉。但为了发挥H.265的低码流,高质量的技术特点,在中途传输这过程采用H.265编码标准,已经有不少设备采用这样的方案:通过一个编、转码过程,将高质量的视频信号在低码流情况下传输,同时还完整保留了高质量画面,在不影响现有H.264系统情况下,新老技术相互兼容,完整对接。

随着软件及硬件技术的发展,以及通讯设施的完善,H.265将成为编码技术的主流。

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