Ко­дек H.265 в си­сте­мах ви­део­на­блю­де­ния

Рас­про­стра­не­ние H.265 тор­мо­зит­ся из-за на­ли­чия це­ло­го ря­да про­блем.

Lan - - Колонка Редактора - Дмит­рий Га­нь­жа

Стан­дарт сжа­тия ви­део H.264 был при­нят в 2003 го­ду, од­на­ко ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние в про­дук­тах для ви­део­на­блю­де­ния по­лу­чил лишь шесть лет спу­стя. Та­кая же ис­то­рия и с его на­след­ни­ком H.265: офи­ци­аль­но он был ра­ти­фи­ци­ро­ван в 2013 го­ду, и толь­ко в про­шлом го­ду про­из­во­ди­те­ли ста­ли ак­тив­но внед­рять его в ка­ме­ры. Несо­мнен­но, с уве­ли­че­ни­ем раз­ре­ше­ния ка­мер по­треб­ность в бо­лее эф­фек­тив­ном сжа­тии бу­дет рас­ти, од­на­ко рас­про­стра­не­ние H.265 тор­мо­зит­ся из-за на­ли­чия це­ло­го ря­да про­блем — как при­су­щих са­мо­му про­то­ко­лу, так и внеш­них по от­но­ше­нию к нему.

Се­год­ня на H.264 при­хо­дит­ся льви­ная до­ля все­го ви­део, за­пи­сы­ва­е­мо­го ка­ме­ра­ми ви­део­на­блю­де­ния. Од­на­ко этот стан­дарт не был рас­счи­тан на об­ра­бот­ку ви­део вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния, в част­но­сти Ultra-HD. Вы­со­ко­эф­фек­тив­ный стан­дарт ко­ди­ро­ва­ния ви­део (High Efficiency Video Coding, HEVC), бо­лее из­вест­ный как H.265, поз­во­ля­ет вдвое уве­ли­чить сте­пень сжа­тия фай­лов. При этом наи­боль­шая эко­но­мия про­пуск­ной спо­соб­но­сти и ем­ко­сти хра­не­ния до­сти­га­ет­ся при сжа­тии ви­део с раз­ре­ше­ни­ем 4K+: ес­ли в слу­чае ви­део 1080p (HD) она со­став­ля­ет око­ло 25%, то для 4K+ до­сти­га­ет 75%.

H.265 раз­ра­ба­ты­вал­ся в рас­че­те на при­ме­не­ние в по­тре­би­тель­ской элек­тро­ни­ке, но, бла­го­да­ря пре­иму­ще­ствам в эф­фек­тив­но­сти сжа­тия, он с боль­шим успе­хом мо­жет ис­поль­зо­вать­ся и в си­сте­мах фи­зи­че­ской за­щи­ты, где все вре­мя при­хо­дит­ся ис­кать ком­про­мисс: с од­ной сто­ро­ны, кар­тин­ка долж­на быть как мож­но бо­лее ка­че­ствен­ной (в кон­це кон­цов, в ви­део­за­пи­си ма­ло смыс­ла, ес­ли невоз­мож­но раз­гля­деть де­та­ли), с дру­гой — затра­ты на ин­фра­струк­ту­ру для пе­ре­да­чи и хра­не­ния ви­део необ­хо­ди­мо ми­ни­ми­зи­ро­вать.

Раз­ре­ше­ние 4K мно­го­крат­но по­вы­ша­ет тре­бо­ва­ния к про­пуск­ной спо­соб­но­сти ка­на­лов и ем­ко­сти хра­не­ния, а огра­ни­че­ние ско­ро­сти по­то­ка при со­хра­не­нии ка­че­ства изоб­ра­же­ния пред­став­ля­ет со­бой се­рьез­ную тех­ни­че­скую про­бле­му. H.265 обе­ща­ет най­ти вы­ход из этой про­ти­во­ре­чи­вой си­ту­а­ции. Но­вый ко­дек обрат­но сов­ме­стим с преды­ду­щим, что долж­но об­лег­чить пе­ре­ход на него с H.264.

Од­на­ко ши­ро­ко­му при­ме­не­нию H.265 пре­пят­ству­ет ряд про­блем — как при­су­щих са­мо­му про­то­ко­лу, так и внеш­них по от­но­ше­нию к нему. Ес­ли вы­со­кие тре­бо­ва­ния к вы­чис­ли­тель­ной мощ­но­сти про­цес­со­ров и обу­слов­лен­ная этим об­сто­я­тель­ством вы­со­кая це­на обо­ру­до­ва­ния со вре­ме­нем ста­но­вят­ся не столь кри­тич­ны в ре­зуль­та­те раз­ви­тия про­цес­со­ров и ро­ста про­даж, то неопре­де­лен­ность в во­про­сах ли­цен­зи­ро­ва­ния по­рож­да­ет непред­ска­зу­е­мые рис­ки. К то­му же в ско­ром вре­ме­ни H.265 мо­жет столк­нуть­ся с кон­ку­рен­ци­ей со сто­ро­ны аль­тер­на­тив­ных ко­де­ков — как от­кры­тых, так и про­при­е­тар­ных.

ЧЕМ H.265 ЛУЧ­ШЕ H.264

В H.265 ис­поль­зу­ет­ся тот же прин­цип сжа­тия, что и в H.264. В слу­чае фик­си­ро­ван­ной ка­ме­ры фо­но­вое изоб­ра­же­ние ме­ня­ет­ся не ча­сто, по­это­му до­ста­точ­но пе­ре­да­вать толь­ко изменения — дви­жу­щи­е­ся объ­ек­ты. Это поз­во­ля­ет зна­чи­тель­но умень­шить тре­бо­ва­ния к про­пуск­ной спо­соб­но­сти ка­на­ла и ем­ко­сти хра­не­ния.

IP-ка­ме­ры сна­ча­ла сни­ма­ют необ­ра­бо­тан­ное ви­део в со­от­вет­ствии с за­дан­ным ре­жи­мом за­пи­си, а по­сле об­ра­бот­ки изоб­ра­же­ния ко­ди­ру­ют его. Ос­нов­ное пре­иму­ще­ство в сте­пе­ни сжа­тия до­сти­га­ет­ся за счет улуч­ше­ния про­гно­зи­ро­ва­ния с ком­пен­са­ци­ей дви­же­ния. В то вре­мя как у H.264 мак­си­маль­ный раз­мер бло­ка со­став­ля­ет 16×16 пик­се­лей, H.265 ис­поль­зу­ет при об­ра­бот­ке ин­фор­ма­ции мак­роб­ло­ки де­ре­ва ко­ди­ро­ва­ния (Coding Tree Unit, CTU) раз­ме­ром до 64×64 пик­се­лей. Та­кие бло­ки бо­лее эф­фек­тив­ны для ко­ди­ро­ва­ния кад­ров боль­ших раз­ме­ров и при этом поз­во­ля­ют бо­лее точ­но пе­ре­да­вать ви­део 4K+.

По­ми­мо изменения раз­ме­ра бло­ка,

H.265 от­ли­ча­ет­ся на­ли­чи­ем улуч­шен­но­го сгла­жи­ва­ю­ще­го филь­тра для устра­не­ния несты­ко­вок на гра­ни­цах бло­ков (deblocking filter). Кро­ме то­го, ис­поль­зу­ет­ся но­вый ал­го­ритм про­гно­зи­ро­ва­ния век­то­ра дви­же­ния (Motion Vector Predictor, MVP) для улуч­ше­ния про­гно­зи­ро­ва­ния внут­ри кад­ра. Бо­лее вы­со­кая точ­ность пред­ска­за­ний до­сти­га­ет­ся, по­ми­мо про­че­го, бла­го­да­ря то­му, что в пре­де­лах кад­ра вме­сто 8 воз­мож­ных на­прав­ле­ний, как обес­пе­чи­ва­ет­ся в H.264, рас­смат­ри­ва­ет­ся 36.

Для уско­ре­ния вы­чис­ле­ний в ко­де­ке преду­смот­ре­на воз­мож­ность па­рал­лель­ной об­ра­бот­ки за счет под­держ­ки рас­ши­рен­но­го на­бо­ра ин­струк­ций AVX/AVX2 для про­цес­со­ров Intel/AMD. Квад­рат­ные об­ла­сти, на ко­то­рые раз­би­ва­ет­ся изоб­ра­же­ние, неза­ви­си­мы од­на от дру­гой, так что их об­ра­бот­ка мо­жет вы­пол­нять­ся па­рал­лель­но. Кро­ме то­го, H.265 под­дер­жи­ва­ет вол­но­вую па­рал­лель­ную об­ра­бот­ку (Wavefront Parallelel Processing, WPP): свое­об­раз­ное де­ре­во при­ня­тия ре­ше­ний, спо­соб­ству­ю­щее по­вы­ше­нию про­из­во­ди­тель­но­сти сжа­тия. Тем не ме­нее для его ре­а­ли­за­ции необ­хо­дим на по­ря­док бо­лее мощ­ный про­цес­сор, что яв­ля­ет­ся од­ним из его существенных недо­стат­ков.

ПОДВОДНЫЕ КАМНИ H.265

Стан­дарт H.265, как от­ме­ча­лось, бо­лее тре­бо­ва­те­лен к ре­сур­сам, чем H.264.

Это озна­ча­ет, в част­но­сти, что без ис­поль­зо­ва­ния но­вых ка­мер не обой­тись: огра­ни­чить­ся за­ме­ной про­шив­ки не удаст­ся, так как обо­ру­до­ва­ние преды­ду­ще­го по­ко­ле­ния не об­ла­да­ет необ­хо­ди­мой про­цес­сор­ной мощ­но­стью для под­держ­ки H.265. Вы­де­лен­ное обо­ру­до­ва­ние по­на­до­бит­ся и для де­ко­ди­ро­ва­ния. Спра­вед­ли­во­сти ра­ди сто­ит ска­зать, что для де­ком­прес­сии тре­бу­ет­ся зна­чи­тель­но мень­ше вы­чис­ли­тель­ных ре­сур­сов.

Для (де)ко­ди­ро­ва­ния ви­део в фор­мат H.265 мож­но ис­поль­зо­вать да­же бес­плат­ное про­грамм­ное обес­пе­че­ние, на­при­мер VideoLAN, но обо­ру­до­ва­ние поз­во­ля­ет де­лать это на­мно­го эф­фек­тив­нее. В неко­то­рых VMS для раз­груз­ки цен­траль­но­го про­цес­со­ра под­дер­жи­ва­ет­ся ин­те­гра­ция с GPU для ра­бо­ты с H.265, по­это­му мож­но не при­об­ре­тать от­дель­ный NVR, а уста­но­вить мощ­ную гра­фи­че­скую кар­ту в сер­вер. Это поз­во­лит об­ра­ба­ты­вать боль­ший объ­ем ви­део на ком­пью­те­ре и уде­ше­вить ре­ше­ние (хо­тя, по­сле то­го как май­не­ры на­ча­ли ак­тив­но ску­пать ви­део­кар­ты, це­ны на них воз­рос­ли и вы­го­да мо­жет ока­зать­ся не та­кой яв­ной).

Без­услов­но, ре­сур­со­ем­кое обо­ру­до­ва­ние с под­держ­кой H.265 ока­зы­ва­ет­ся до­ро­же. При этом дол­гое вре­мя пред­ло­же­ние со­от­вет­ству­ю­щих ка­мер бы­ло весь­ма огра­ни­чен­ным, а в VMS стан­дарт не под­дер­жи­вал­ся во­все. Си­ту­а­ция на­ча­ла ме­нять­ся лишь в 2016 го­ду, и те­перь мо­де­ли ка­мер с под­держ­кой H.265 име­ют­ся у всех ве­ду­щих про­из­во­ди­те­лей.

А с рас­ши­ре­ни­ем рын­ка — по­яв­ле­ни­ем мас­со­во­го спро­са — мож­но ожи­дать и даль­ней­ше­го сни­же­ния цен.

Од­на­ко на пу­ти рас­про­стра­не­ния H.265 име­ет­ся од­но се­рьез­ное пре­пят­ствие — за­пу­тан­ная си­ту­а­ция с ли­цен­зи­ро­ва­ни­ем, и в по­след­нее вре­мя она толь­ко усу­гу­би­лась. HEVC со­дер­жит де­сят­ки, а то и сот­ни па­тен­то­ван­ных тех­но­ло­гий. То же са­мое спра­вед­ли­во в от­но­ше­нии лю­бо­го MPEG-ко­де­ка, но, на­при­мер, всех дер­жа­те­лей па­тен­тов для H.264 пред­став­ля­ет од­но до­ве­рен­ное ли­цо — ком­па­ния MPEG-LA. В слу­чае H.265 она вы­ра­жа­ет ин­те­ре­сы толь­ко ча­сти па­тен­то­дер­жа­те­лей, осталь­ные объ­еди­не­ны в два кон­ку­ри­ру­ю­щих пу­ла. По­ми­мо это­го, свои

па­тен­ты есть у Technicolor SA, ко­то­рая не вхо­дит ни в один из пу­лов.

В прин­ци­пе, проблемы ли­цен­зи­ро­ва­ния H.265 на­пря­мую за­тра­ги­ва­ют лишь по­став­щи­ков ви­део­кон­тен­та, та­ких как Google, Amazon, Netflix, но не про­из­во­ди­те­лей обо­ру­до­ва­ния для ви­део­на­блю­де­ния, ко­то­рые не из­вле­ка­ют при­бы­ли из трансляции ви­део с ка­мер. Од­на­ко здесь есть од­на по­тен­ци­аль­ная про­бле­ма. В слу­чае об­лач­ных ре­ше­ний ви­део­на­блю­де­ния Video Surveillance as a Service (VSaaS) про­вай­дер предо­став­ля­ет кли­ен­там до­ступ к ге­не­ри­ру­е­мо­му ка­ме­ра­ми ви­део по тре­бо­ва­нию. Это мо­жет рас­смат­ри­вать­ся как ис­поль­зо­ва­ние H.265 для из­вле­че­ния при­бы­ли, и об­ла­да­те­ли па­тен­тов мо­гут по­тре­бо­вать ли­цен­зи­он­ных от­чис­ле­ний. Так что в во­про­сах при­ме­не­ния H.265 мно­гое за­ви­сит от раз­ви­тия си­ту­а­ции на смеж­ных рын­ках. И это не толь­ко во­прос ли­цен­зи­ро­ва­ния.

АЛЬ­ТЕР­НА­ТИ­ВЫ H.265

Один из пу­лов дер­жа­те­лей ли­цен­зий — HEVC Advance — от­да­ет пред­по­чте­ние ли­цен­зи­он­ной мо­де­ли, пред­по­ла­га­ю­щей от­чис­ле­ния с до­хо­дов, по­лу­ча­е­мых за кон­тент, ко­то­рый был «со­здан лю­бым устрой­ством с под­держ­кой H.265». Это на­ме­ре­ние вы­зва­ло рез­ко нега­тив­ную ре­ак­цию со сто­ро­ны круп­ней­ших про­вай­де­ров кон­тен­та, и они объ­еди­ни­лись в Alliance for Open Media с це­лью раз­ра­бот­ки аль­тер­на­ти­вы H.265.

В со­став альян­са во­шли ком­па­нии

Adobe, Amazon, Google, Intel, Microsoft, Netflix. Раз­ра­ба­ты­ва­е­мый ими ко­дек AV1 дол­жен по­явить­ся в фев­ра­ле те­ку­ще­го го­да, а обо­ру­до­ва­ние для де­ко­ди­ро­ва­ния AV1 — во вто­рой по­ло­вине сле­ду­ю­ще­го. AV1 ба­зи­ру­ет­ся на ко­де­ке VP9, ко­то­рый пред­ло­жи­ла Google, и за­им­ству­ет ин­стру­мен­ты ко­ди­ро­ва­ния из дру­гих ко­де­ков с от­кры­тым ис­ход­ным ко­дом, в част­но­сти VP10 от Google, Thor от Cisco и Daala от Mozilla/Xiph.org.

У AV1 тре­бо­ва­ния к вы­чис­ли­тель­ным ре­сур­сам вы­ше, чем у HEVC. Со­глас­но еже­год­но­му ис­сле­до­ва­нию ла­бо­ра­то­рии ком­пью­тер­ной гра­фи­ки и муль­ти­ме­диа МГУ, этот ко­дек пре­вос­хо­дит по ка­че­ству HEVC и VP9, ра­ди­каль­но усту­пая им в ско­ро­сти ко­ди­ро­ва­ния. Глав­ным же пре­иму­ще­ством AV1 яв­ля­ет­ся от­сут­ствие ли­цен­зи­он­ных пла­те­жей, но без оп­ти­ми­за­ции он вряд ли бу­дет при­го­ден для прак­ти­че­ско­го ис­поль­зо­ва­ния. Впро­чем, ес­ли аль­янс сдер­жит свои обе­ща­ния, ждать по­яв­ле­ния фи­наль­ной вер­сии со­всем недол­го.

Тем вре­ме­нем Меж­ду­на­род­ная ор­га­ни­за­ция по стан­дар­ти­за­ции ISO и меж­ду­на­род­ный со­юз от­рас­ли элек­тро­свя­зи раз­ра­ба­ты­ва­ют еще один ко­дек — JEM. Как утвер­жда­ет­ся, он бу­дет зна­чи­тель­но эф­фек­тив­нее, чем HEVC (бо­лее чем на 25%) и при этом не та­ким ре­сур­со­ем­ким, как H.265. Прав­да, его при­ня­тие ожи­да­ет­ся толь­ко в 2020 го­ду.

Ряд вен­до­ров, та­кие как Axis, HikVision, Samsung, раз­ра­ба­ты­ва­ют соб­ствен­ные мо­ди­фи­ка­ции H.264 и H.265. Так, на­при­мер, тех­но­ло­гия ZipStream ком­па­нии Axis обес­пе­чи­ва­ет эко­но­мию тра­фи­ка в диа­па­зоне от 30 до 70% по срав­не­нию с H.264, то есть в этом от­но­ше­нии она не усту­па­ет H.265. ZipStream пред­став­ля­ет со­бой над­строй­ку над H.264, и для его ре­а­ли­за­ции не тре­бу­ет­ся ка­кой-ли­бо адап­та­ции ин­фра­струк­ту­ры. Бо­лее то­го, ZipStream мо­жет с тем же успе­хом ис­поль­зо­вать­ся и по­верх H.265, и Axis уже вы­пу­сти­ла ка­ме­ры H.265 с ре­а­ли­за­ци­ей этой тех­но­ло­гии.

«Оцен­ки эко­но­мии тра­фи­ка в 50% для H.265 да­ют­ся для иде­аль­ных усло­вий и для дру­гих при­ме­не­ний, та­ких как транс­ля­ция кон­тен­та в муль­ти­ме­дий­ных при­ло­же­ни­ях, — по­яс­ня­ет Де­нис Ля­пин, тех­ни­че­ский тре­нер в Рoс­сии, СНГ и Вoстoч­нoй Еврo­пе Axis Communications. — В слу­чае же ви­део­на­блю­де­ния с уче­том ре­аль­ных усло­вий, та­ких как кон­тро­вая за­свет­ка, за­шум­лен­ность изоб­ра­же­ния и т. п., та­кая сте­пень сжа­тия вряд ли до­сти­жи­ма». Как по­ка­зы­ва­ют те­сты Fraunhofer Heinrich Hertz Institute, раз­ра­бот­чи­ка H.264, HEVC обес­пе­чи­ва­ет в дей­стви­тель­но­сти сни­же­ние про­пуск­ной спо­соб­но­сти лишь на 38% при ана­ло­гич­ном ка­че­стве изоб­ра­же­ния.

HikVision адап­ти­ро­ва­ла H.265 с уче­том об­ла­сти при­ме­не­ния (на­пом­ним, что HEVC не раз­ра­ба­ты­вал­ся спе­ци­аль­но для ви­део­на­блю­де­ния). Со­глас­но за­яв­ле­ни­ям ком­па­нии, мо­ди­фи­ка­ция H.265+ поз­во­ля­ет со­кра­тить ско­рость пе­ре­да­чи еще на 67% (по срав­не­нию с H.265) при пе­ре­да­че ви­део Ultra HD.

ПЕР­СПЕК­ТИ­ВЫ ПРИ­МЕ­НЕ­НИЯ

Как бы то ни бы­ло, HEVC по­лу­чил уже до­ста­точ­но ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние на по­тре­би­тель­ском рын­ке. В про­шлом го­ду он был ре­а­ли­зо­ван Apple, и те­перь все но­вые iPhone — и мно­гие смарт­фо­ны на ба­зе Android — мо­гут де­ко­ди­ро­вать HEVC вплоть до UHD. Но­вые те­ле­ви­зо­ры то­же име­ют встро­ен­ную под­держ­ку HEVC. Так что во­прос ско­рее за ши­ро­ким при­ме­не­ни­ем H.265 в ре­ше­ни­ях для биз­не­са.

Впро­чем, ес­ли за­пу­тан­ные ли­цен­зи­он­ные во­про­сы не бу­дут раз­ре­ше­ны, си­ту­а­ция мо­жет раз­вер­нуть­ся в поль­зу от­кры­тых стан­дар­тов, та­ких как AV1. (Вряд ли поль­зо­ва­те­ли об­ра­ду­ют­ся, ес­ли их бу­дут при­вле­кать к су­ду за при­ме­не­ние нели­цен­зи­ро­ван­ных про­дук­тов, — а та­кие пре­це­ден­ты име­ли ме­сто, ко­гда вме­сто про­из­во­ди­те­лей при­вле­ка­ют к от­вет­ствен­но­сти поль­зо­ва­те­лей.) По­сколь­ку в на­ча­ле го­да в со­став участ­ни­ков Alliance for Open Media неожи­дан­но во­шла ком­па­ния Apple, с при­ня­ти­ем стан­дар­та мож­но ожи­дать по­яв­ле­ния AV1 на iPhone.

Что ка­са­ет­ся рын­ка си­стем ви­део­на­блю­де­ния, проблемы с ли­цен­зи­ро­ва­ни­ем за­тра­ги­ва­ют его лишь опо­сре­до­ван­но. Тем не ме­нее ONVIF раз­ра­ба­ты­ва­ет но­вый ви­део­про­филь, Profile T, та­ким об­ра­зом, что­бы он не был при­вя­зан к фор­ма­ту сжа­тия. Ина­че го­во­ря, он бу­дет спо­со­бен под­дер­жи­вать не толь­ко H.265, но и лю­бые фор­ма­ты сжа­тия ви­део и аудио, ко­то­рые мо­гут по­явить­ся поз­же.

Не­смот­ря на то что H.264 при­сут­ству­ет на рын­ке бо­лее 10 лет, он по-преж­не­му оста­ет­ся ак­ту­аль­ным для боль­шин­ства при­ме­не­ний. IP-ка­ме­ры с под­держ­кой H.265 ори­ен­ти­ро­ва­ны на под­держ­ку ви­део с раз­ре­ше­ни­ем UHD, так что в пол­ной ме­ре их воз­мож­но­сти мож­но за­дей­ство­вать, ко­гда тре­бу­ет­ся кон­тро­ли­ро­вать боль­шие от­кры­тые про­стран­ства: стро­и­тель­ные пло­щад­ки, ав­то­сто­ян­ки, склад­ские дво­ры и т. п. Для мо­ни­то­рин­га бо­лее огра­ни­чен­ных пло­ща­дей вполне до­ста­точ­но ка­мер H.264, по­сколь­ку раз­ре­ше­ние 1440p/1080p поз­во­ля­ет раз­гля­деть чер­ты ли­ца, ре­ги­стра­ци­он­ный но­мер ав­то­мо­би­ля и мно­гое дру­гое.

Да­же ес­ли для боль­шин­ства за­дач немед­лен­ная мо­дер­ни­за­ция си­сте­мы ви­део­на­блю­де­ния не нуж­на, ка­ме­ры UHD, ста­но­вясь бо­лее до­ступ­ны­ми, бу­дут при­ме­нять­ся все ши­ре. По­это­му за­ду­мать­ся о пер­спек­ти­вах на­до за­ра­нее: за­го­дя го­то­вить ин­фра­струк­ту­ру в рас­че­те на под­держ­ку H.265 или дру­го­го на­след­ни­ка H.264

Ис­точ­ник: Axis

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia

© PressReader. All rights reserved.