Следом за Hikvision, компания Dahua представила новый ряд моделей IP камер видеонаблюдения, разработанных с применением нового кодека Smart H.265 +.
На самом деле это не новая технология, а всего лишь улучшенная версия кодека H.265.
Технология Smart H.265 + представляет собой набор интеллектуальных алгоритмов кодирования, разработанных компанией Dahua, которая основана на технологии H.265.
Кодек Smart H.265 + делает более совершенным процесс кодирования, снижая при этом объемы передаваемых данных, благодаря чему может быть использован накопитель меньшей емкости.
Технология H.265 + позволяет снизить уровень шума и гарантирует высокое качество изображения.
Как известно, шум изображения высок, когда ведется видеонаблюдение в местах со слабой освещенностью. При этом шум отрицательно сказывается не только на качестве изображения, но и на скорости кодирования. Традиционная стратегия снижения шума заключается в обработке элементов шума изображения в целом. Технология Smart H.265 + разделяет изображение на область движения и область фона и применяет разные методы снижения шума для этих областей. Таким образом гарантируется более высокое качество изображения, особенно в ночное время. При этом будет значительно увеличена скорость кодирования.
Как работают IP камеры H.265 +
H.265 + делает снимок области, за которой ведется видеонаблюдение и дальнейшая фокусировка ведется на движущихся объектах. Когда обнаруживается движение в области видеонаблюдения, H.265 + фотографирует движущийся объект и использует его в качестве опорного кадра. Если объект продолжает двигаться, то система только добавляет данные движущихся объектов, сохраняя данные фонового кадра.
Таким образом, компания Dahua выпускает IP камеры на базе новой технологии Smart H.265 +, которая позволяет более эффективно использовать системы видеонаблюдения с высоким разрешением (8МП, 12МП). Эта технология значительно снижает стоимость хранения и передачи видео высокой четкости.
Особенности настройки кодирования в видеорегистраторах Dahua
Компания Dahua в своих регистраторах использует кроме стандартных параметров настройки кодирования H.264 ещё и расширенные, обозначенный как режим SMART.
Smart H.264 не является новой технологией, это оптимизированная реализация технологии кодирования H.264. Smart H.264 представляет собой набор интеллектуальных алгоритмов кодирования, разработанных компанией Dahua на основе кодека H.264. Чтобы соответствовать особенностям записи при видеонаблюдении, Smart264 использует некоторые ключевые методы кодирования видео. Smart H.264 кодек может повысить эффективность кодирования видео в соответствии с особенностями различных мест наблюдения, кроме того, он может значительно снизить объем записи и потока для передачи данных по сети.
Технология Smart H.264 представляет собой набор интеллектуальных алгоритмов кодирования.
Разработанный компанией Dahua технология Smart H.264, включает в себя следующие три ключевых аспекта:
— Алгоритм расширенного управления скоростью передачи битов потока;
— Видеокодирование на основе аналитического контента видео (включая динамический ROI, динамический GOP(Интервал между опорными кадрами), гибкую структуру опорных кадров);
— Технология подавления шума.
Структура записи видеопотока при фиксированном интервале I-кадров
Типичные настройки видеорегистратора реализует фиксированную структуру GOP (Интервал между опорными кадрами, I-кадр), что означает, что интервал между двумя I-кадрами постоянен и, как правило, установлен 2 секунды.
Наиболее рационально выбирать переменный битрейт, при котором кодек видеорегистратора уменьшает или увеличивает поток данных, в зависимости от детализации или движения объектов в поле зрении видеокамеры.
В видеонаблюдении, в большинстве случаев, видео статично, а движущийся объект или общее движение появляются в определенные периоды, таким образом, мы можем увеличить интервал GOP, чтобы уменьшить количество I-кадров за период времени. I-кадр имеет гораздо больший объём в видеопотоке по сравнению с P-кадром. Уменьшение кол-ва I-кадров позволит уменьшить размер видеопотока, либо увеличить размер P-кадров, тем самым увеличить качество картинки при записи.
В CVI видеорегистраторах Dahua при выборе режима Smart H.264 реализуется гибкая структура опорных кадров, использующая технологию двух-кадровой ссылки и технологию виртуального опорного I-кадра.
Технология двух-кадровой ссылки.
Технология виртуального I кадра.
Как правило, только через I-кадр можно реализовать функцию обрезки/вставки видеопотока. Реализация виртуальной технологии I-кадра гарантирует, что определённый P-кадр может назначить I-кадр как ближайший опорный кадр, не учитывая с 1-го по 4-й P-кадр (на рисунке 5-й P-кадр ссылается только на 0-й I-кадр), таким образом, он становиться, как бы, 1-м кадром для следующих за ним P-кадрами. Эта технология уменьшает время доступа к случайному кадру в видеопотоке, поскольку для получения нужного кадра нет необходимости полностью распаковать всю цепочку P-кадров от ближайшего опорного I-кадра.
Протестируем различные настройки кодирования на видеорегистраторе XVR5104HE-S2 с прошивкой вер. 3.218.0000002.1. Видеопоток с разрешением 1920х1080 и частотой кадров 15 кадров в секунду. Сравним обычный режим и режим Smart H.264.
Сначала используем базовые настройки с фиксированным интервалом I-кадров в 2 секунды,с переменным битрейтом VBR, с максимальным потоком 4096 кБит и настройками Качество 4,5,6. Записывать будем уличную картинку с минимальным движением в кадре. Значение среднего битрейта при разном параметре Качество занесём в таблицу.
Интеллектуальное кодирование AI Coding: очередной прорыв Dahua в видеонаблюдении
Что такое Интеллектуальное Кодирование?
Задача экономии ресурсов на хранение видеоархива при попутном увеличении разрешения всегда актуальна. Особое внимание в технологии интеллектуального кодирования Dahua AI уделяется транспортным средствам и людям, так как именно лица и номера машин нуждаются в наиболее точной процедуре распознавания. При этом одновременно с 50%-ной экономией пропускной способности и затрат на хранение данных обеспечивается куда более качественная картинка в сравнении с H.265.
Экономия затрат
Экономит более 50% пропускной способности и дискового пространства для хранения данных! Наглядное сравнение двух технологий представлено на рисунке:
Совместимость
Благодаря CBR (постоянная скорость передачи данных) кодирование AI не теряет своей совместимости декодирования при интеграции с оборудованием и ПО других производителей.
Стабильность
Кодирование AI использует CBR. Благодаря фиксированному значению битрейта это обеспечивает стабильность нагрузки в системе. VBR (переменная скорость передачи данных) имеет широкий диапазон значений, который затрудняет расчет необходимой пропускной способности. Облегчает расчет требуемой полосы пропускания и улучшает ее качество использования.
Подведем итоги:
Оборудование, использующее технологию AI Coding скоро появится на складе Сфера Секьюрити. С радостью сориентируем вас по техническим и другим вопросам: +375 17 341 50 50. Также вы можете получить быстрый ответ через форму онлайн-чата.
Интеллектуальные кодеки могут эффективно повысить эффективность кодирования видео в соответствии с характеристиками различных сред наблюдения; кроме того, он может значительно снизить скорость передачи данных и емкость памяти для повышения общей производительности системы.
Многие компании продают функции интеллектуальных кодеков под разными запоминающимися названиями, такими как Smart Coding, H.264 +, H.265 +, Smart H.265 +, Zipstream, Smart Stream II и т. Д. Все эти модные словечки означают, что система безопасности способна использовать определенные методы алгоритмического сжатия, которые позволят сэкономить полосу пропускания и емкость хранилища.
Эти умные алгоритмы делают снимок стабильной окружающей среды, используют его в качестве фоновой рамки и фокусируются только на движущихся объектах. Когда в зоне наблюдения происходят перебои, интеллектуальные кодеки делают снимок движущегося объекта и используют его как опорный кадр. Если объект продолжает двигаться, система добавляет только данные о движущихся объектах. Таким образом будет оптимизирована пропускная способность и битрейт.
Например, кодек Smart H.265 + от Dahua и Hikvision может сэкономить до 80% пропускной способности сети и последующих затрат на хранение за счет снижения скорости передачи, скорости передачи данных и емкости хранилища. Многосторонний подход работает за счет сокращения бесполезных или неважных данных везде, где это возможно.
В результате сохраняется высокое качество видео без нагрузки на сеть. Ниже приведена сравнительная диаграмма, чтобы дать общее представление о производительности Smart Codec (в данном случае Hikvision H265 +). Как видите, сжатие H.265 + генерирует на 80% меньше данных
По умолчанию интеллектуальные кодеки отключены в большинстве IP-камер безопасности. Перед включением вы должны убедиться, что подключенные службы, такие как сетевой видеорегистратор, компьютерное программное обеспечение для управления камерой или облачные службы, поддерживают эту функцию. В противном случае в системе могут возникать многочисленные проблемы, связанные с производительностью. Всегда убедитесь, что все ваши устройства безопасности совместимы друг с другом.
Первые результаты внедрения нового кодека сжатия H.265
Первые результаты внедрения нового кодека сжатия H.265
– Расскажите о практическом опыте использования нового кодека H.265, который вы наблюдаете на российском рынке.
Василий Волковицкий: Наша компания поставляет на рынок IP-камеры, NVR, VMS, поддерживающие стандарт H.265, предлагая тем самым клиентам функционально завершенную систему. Практическое использование нового стандарта показало реальную экономию битрейта, что подтверждает заявленные свойства H.265.
– На каких сценах у H.265 есть выигрыш в снижении битрейта в сравнении с H.264?
Михаил Катилов: Если пропускная способность сети передачи данных достаточна для передачи изображений, сжатых по стандарту H.264, то переход на компрессию H.265 не повлечет за собой каких-либо улучшений в качестве изображения. Такой переход может лишь снизить битрейт, то есть несколько разгрузить сеть. Единственный случай, когда переход на новый кодек будет способствовать повышению качества изображений, – если из соображений экономии битрейта изображения сжимались кодеком Н.264 заведомо чрезмерно, и артефакты компрессии мешали эффективному считыванию деталей операторами и видеоаналитикой.
H.265 – это более ресурсоемкий кодек по сравнению с H.264. Финальное кодирование (рендеринг) в H.265 также требует больше ресурсов, и не каждый компьютер, смартфон или планшет сможет воспроизводить кодек H.265. Поскольку 4K-видео (видео с разрешением 3840х2160) гораздо больше по размеру по сравнению с FullHD (1920х1080), то кодек, который сжимает видео лучше и делает его размер меньше, как раз сейчас становится все более и более необходим.
Значительное число производителей ИТ-продукции преподносят формат сжатия H.265 как средство повышения качества изображений. Следует отметить, что это в определенной мере является лукавством. В реальности у изображений, сжатых кодеком H.265, качество ничуть не выше, чем у обработанных алгоритмом H.264, который, в свою очередь, с точки зрения качества ничуть не лучше, чем MPEG-4. Поскольку во всех упомянутых кодеках предусмотрена возможность произвольно устанавливать степень сжатия, качество сжатой картинки зависит лишь от предпочтений пользователя. Другое дело – вписать видеоизображение в реалии технического окружения. Прежде всего это касается ресурсов пропускной способности сетей.
Василий Волковицкий: Несмотря на то, что в рекламных материалах многие производители IP-камер заявляют снижение битрейта на 50% при использовании стандарта H.265 по сравнению с H.264, в реальных тестах устройств различных фирм-производителей на распространенных сценах снижение битрейта может достигать лишь 20–30%. Развитие стандарта H.264 привело к появлению так называемых смарт-кодеков, обеспечивающих уровень компрессии H.264, сопоставимый с H.265. Эти смарт-кодеки известны на рынке под обозначениями H.264+, Zip-stream, Smart Coding, Smart Stream II и т.п. Поясним основные отличия смарт-кодеков от стандартных. При использовании стандартного кодека фиксированными параметрами являются уровень компрессии видео и интервал следования ключевых кадров. Для стандартного кодека уровень компрессии устанавливается одинаковым для всего кадра, вне зависимости от содержания наблюдаемой области. Например, если мы наблюдаем людей, проходящих по коридору, то уровень компрессии выбирается одинаковым для людей и статичного окружающего фона. Смарт-кодеки позволяют анализировать сцену, отделяя мало изменяющееся фоновое изображение от движущихся объектов. Для обеспечения высокой детализации движущихся объектов в соответствующих им областях (ROI – Region of Interest) устанавливается минимальный уровень компрессии, а статичное фоновое изображение передается с высоким уровнем сжатия.
Другая технология смарт-кодеков основана на динамическом регулировании интервала между ключевыми кадрами в соответствии с интенсивностью движения объектов в поле обзора камеры.
Ключевые кадры (I-frame) обычно содержат больший объем данных, чем разностные кадры (P-frame), однако они необходимы только при наличии движения в контролируемой зоне. Для сцен с небольшим движением или при отсутствии движения требуется передавать очень небольшое количество ключевых кадров. Когда движение в контролируемой области почти отсутствует (например, в ночное время, когда на объекте никого нет), передача ключевых кадров производится реже, что позволяет снизить битрейт. При внезапном появлении движущегося объекта в кадре частота ключевых кадров и поток данных от камеры резко возрастут.
Третья технология, используемая в смарт-кодеках, направлена на подавление шумов на изображении, которые обычно возникают при наблюдении объектов в условиях недостаточной освещенности. В стандартных кодеках шум может восприниматься как наличие движения в кадре, что приводит к увеличенному битрейту. Наличие видеоаналитических функций в IP-камере позволяет отличить шум от реального движения в кадре.
Использование этих способов по отдельности и в комбинации позволяет снизить битрейт передаваемого видеопотока и оптимизировать нагрузку на сеть. В настоящее время реалии таковы, что заявляемая экономия битрейта благодаря использованию H.265 может быть объективно достигнута путем совместного использования смарт-кодека с H.264. По этой причине пока нет объективной необходимости оперативного перехода на новый стандарт H.265.
Роман Харламов: Ключевым преимуществом H.265 перед H.264 является то, что при одинаковом уровне соотношения сигнал/шум имеется снижение битрейта на 25–30% в пользу H.265. То есть при сравнимом качестве вы будете получать меньший битрейт при использовании H.265.
Выигрыш в снижении битрейта при использовании кодека H.265 будет наблюдаться при обработке сцен, в которых больше статичных элементов. Это связано в первую очередь с тем, как происходит разбиение на блоки в кодеках H.264 и H.265.
– Какие имеются универсальные открытые средства конвертации роликов H.265 в AVI и другие общеизвестные форматы?
Василий Волковицкий: Для ответа на этот вопрос необходимо понимать, чем отличаются стандарты сжатия, кодеки и файлы-контейнеры (медиаконтейнеры). Стандарт – это спецификация алгоритма сжатия (например, H.264 или H.265), кодек – конкретная программная реализация стандарта (например, x264). Одни и те же данные (например, сжатые по алгоритму H.264 с использованием кодека x264) могут быть упакованы в разные файлы-контейнеры (например, MKV, WMV, MP4 или AVI). При этом в файлах-контейнерах одного и того же формата не обязательно должны находиться видеоданные, сжатые с использованием одного и того же кодека.
Конвертация видеоизображения, записанного NVR в своем «внутреннем» формате, в формат AVI приводит не только к значительным временным затратам, но и к снижению качества изображения за счет необходимости повторного сжатия видео в соответствии с выбранным кодеком. В связи с этим чаще применяется экспорт в более универсальные файлы-контейнеры, например MKV (Matroska). Еще более удобным и часто используемым вариантом является сохранение видео в исходном формате NVR в формате исполняемого файла (EXE), который содержит видеозапись, средства ее воспроизведения и необходимые кодеки. Преимуществами последнего варианта экспорта являются высокая скорость, отсутствие потерь качества видео и удобство воспроизведения экспортированного видео на других ПК.
Роман Харламов: Начнем с того, что H.265 – это кодек, а AVI – контейнер. AVI может хранить любой кодек, например MJPEG или H.264. Другое дело, что он не очень подходит таким кодекам, как H.264, ввиду того, что формат контейнера AVI был опубликован в 1992 г., и на сегодня запись в него видео в современном кодеке требует определенных технических уловок. Для современных кодеков H.264 и H.265 существуют современные контейнеры Matroska (Матрешка, MKV), ASF, MP4, MOV. Все они отличаются определенными особенностями использования.
Что касается открытых средств конвертации, то уже давно существует открытое коммьюнити FFmpeg, которое разрабатывает довольно эффективные решения для обработки видео.
– Чем H.265 перспективнее других новинок, например VP9 и Thor? А в чем уступает?
Михаил Катилов: Для начала скажем, что мы, в общем-то, сейчас сильно упрощаем теорию по данным форматам, однако несмотря на то, что в итоге они позволяют получать файлы примерно одинакового размера, первые отзывы экспертов говорят о том, что кодек H.265 обеспечивает более высокое качество видео, а VP9 больше подходит для потоковой трансляции видео.
Большее количество вариантов предсказания дает кодеку H.265 преимущества визуально, но в то же самое время кодек VP9 устанавливает более строгие правила декодирования, что делает получаемые потоки более последовательными и надежными. Эти различия дают возможность понять, на что же именно обращали внимание создатели кодеков в первую очередь. Впрочем, официально обе стороны утверждают, что предлагаемые ими стандарты не имеют недостатков.
Василий Волковицкий: Прогресс в области IP-видео напрямую связан в основном с появлением новых микросхем, используемых в IP-камерах, и стандарт H.265 не является исключением. Практически все функциональные возможности современных мегапиксельных IP-камер реализуются в рамках концепции «система на кристалле» (SoC), поэтому при всем кажущемся разнообразии IP-камер, представленных на современном рынке, их возможности становятся очень похожими. В связи с этим можно привести следующий пример. В 2011 г. «революционные» технологии типа WDR и Lightfinder для мегапиксельных IP-камер были реализованы в устройствах лишь двух–трех компаний. На современном же рынке практически все производители мегапиксельных IP-камер предлагают эти функции благодаря использованию однотипных микросхем. Основными игроками на процессорном рынке для IP-камер являются всего две компании: Ambarella и HiSilicon, которые определяют в том числе стандарты сжатия и видеоаналитические возможности, встроенные в IP-камеры. Обе эти компании активно продвигают свои новые SoC, поддерживающие стандарт H.265/HEVC (в сочетании с H.264/AVC), поэтому нет сомнений, что ведущие игроки на рынке IP-камер будут использовать эти стандарты. Важно отметить: помимо реализации стандартов в IP-камерах, необходима их поддержка на стороне NVR и VMS. Поэтому более выигрышные позиции на рынке будут иметь те компании, которые разрабатывают и производят полный функциональный ряд устройств для IP-систем видеонаблюдения, включающий в себя поддержку всех инновационных возможностей IP-камер на стороне NVR и VMS.
Роман Харламов: VP9 разрабатывается компанией Google в первую очередь для эффективного сжатия видео в Интернете. Хотя Google и сотрудничает с рядом производителей аппаратного обеспечения в вопросах реализации энкодеров и декодеров, речь идет в первую очередь о производителях мобильных и десктопных платформ. Поскольку производители камер пока не встраивают VP9 в свои процессоры, то преимущество здесь у H.265.
В отношении аппаратного декодирования преимущество у VP9, так как декодер реализован на процессорах Intel (причем используются не только топовые ядра на технологии Skylake, но и недорогие Intel Atom). Еще о поддержке аппаратного декодера заявляют NVidia, Samsung, Qualcomm. Для H.265 пока заявлена поддержка Intel (Skylake) и NVidia.
Еще один из немаловажных плюсов VP9 – это бесплатный кодек. Его может встроить в свой процессор любой производитель, в то время как встраивание H.265 требует от производителей определенных затрат.
