科技发展日新月异，时时刻刻改变着人们的生活。在代表着高新风向标之一的便携式电子产品发布会中，企业每每都会展示出新产品不可思议的功能和应用，改变着千家万户的行为和生活方式，同时我们也察觉到在每一场新品发布会中，企业总会反复强调：我们的设备更清晰、更高效、更节能！
作为以科技为核心的安防行业，在技术创新下经历着一轮轮的洗礼，展现出不可思议的蜕变。作为安防人，在监控领域，我们也时刻思考着未来对于图像质量的追求、对于存储容量的优化、对于设备功耗的节省，怎么样才能做到走在行业的前端，怎样做才能与时俱进。
安防的概念可以从整体到局部分解与剥离，从整体解决方案到一体化平台、到设备、再到嵌入式技术和视频流编码方式，都可以面面俱到。本文旨在阐述视频编码标准将会有怎样的发展态势，从点到面剖析新的视频编码标准在未来的监控领域将起到哪些举足轻重的作用。
一、自古美人叹迟暮，致敬H.264
视频编码技术H.264最早在1997年被提出，被誉为高度压缩数字视频编码器标准。通过该标准，同等图像质量下的压缩效率比以前的标准提高了两倍以上，凭借H.264优秀的编码性能以及在超强的容错率，在过去十年里，它几乎渗透进了每一个音视频领域，安防行业也是受益者之一。
在过去的五年里，安防行业开始普及用IP网络的方式将前端相机和后端存储进行匹配联用，大大节省了布线带来的巨大工程，视频监控IP时代渐渐开启。视频流网络传输轻松跨越了模拟传输视频清晰度太差的鸿沟，将视频清晰度提升到了一个新的层面——720P甚至1080P，高清视频流传输结合H.264视频编码，网络高清监控开始高速发展。但是，渐渐的，随着画质清晰度的普及和发展迅速更新换代，当安防行业习惯了H.264编码带来的1080P高清画质时，内心对于更超清画质的追求开始蠢蠢欲动，目光的焦点投向了4K。
各大品牌陆续推出4K液晶显示器，安防厂家也陆续推出了前端4K摄像机和后端4K网络硬盘录像机，HDMI的传输协议也支持到了4K，这样看来，4K的监控体系已经配套成型，然而问题来了——4K画面在H.264编码技术下动辄16Mbps大码流的冲击，让H.264的编码方式尽显疲态，带宽、存储、能耗和实时性的苛刻要求下，令用户都不再满意于如此大的视频流传输。面对这样的窘境，H.264无奈地摇头了，于是，更高效的压缩技术标准在千呼万唤中应时而生——H.265/HEVC标准。
二、H.265冉冉升起，初生牛犊不怕虎
2013年国际电信联盟ITU正式批准通过了H.265/HEVC标准，在相同的图像质量下，相比于H.264，H.265编码的视频流将减少30%～50%。凭借如此高效的视频流编码效率以及优良的网络带宽控制和大幅度存储成本的降低，H.265编码标准强势进入安防行业，填补了4K编码上的短板。
1.H.264与H.265宏块切割的区别
H.265的关键技术突破如上图所示，一个宏块可以看作是一个编码单位。左图是现在常用的H.264编码标准，H.264每个宏块大小都是均匀固定的；右图是H.265新型编码标准，编码宏块大小根据区域图色信息来决定。换句话说，信息量变化不明显的区域，划分的宏块较大，图色信息量复杂的区域，划分的宏块小而密集。这样一来，就不难理解为什么用H.265方式编码的视频画面更加细腻而码流更加节省了，并且，视频帧率也从30fps向60fps延续，可以向上支持120fps甚至240fps的超高帧率。
基于H.265的技术编码后，4K视频码流原来需要16Mbps，现在仅需8Mbps，而原来在网络高清系统中广泛使用的1080P码流，也从原来的6Mbps～4Mbps，降为2Mbps～3Mbps。如此一来，安防厂家推崇的超高清解决方案仿佛打通了“任督二脉”，在市场上，积极推广并普及开来。
2.H.265的解码技术，硬解和软解
对于H.265解决方案整体运转使用效率，主要取决于前端采集编码和后端解码两个环节。现在主流监控厂商的H.265前端IPC采集编码方案使用的平台较为统一，主要是嵌入式平台，稳定性和效率有保障。如此一来，整体H.265解决方案是否运转流畅，客户使用感受是否优良的关键点就落在了后端NVR的解码上。然而，NVR上的H.265解码实现方式可选择的开发平台较多，市面上，实现H.265解码的方式主要为软解和硬解两种。
（1）H.265软解，像蜗牛走迷宫，繁琐复杂且效率缓慢
实现H.265软解，一般采用X86构架的CPU进行算法解码，因为运算复杂，代码量大，解码全过程完全依靠CPU来处理，大量消耗CPU资源，解码效果也并不尽如人意，所以，以“软解”X86构架CPU来实现H.265解码的NVR价格居高不下。在目前看来，H.265软解实现的NVR，还处于孤芳自赏的状态，很难普及运用到实际安防项目中。
（2）视频硬解方式，节能高效，实现起来一马平川
现在H.264NVR基本采用嵌入式平台硬解码方式实现视频解码，所以价格亲民，普及度也较高。将硬解码模块整合在GPU内部，通过GPU来替代CPU实现对视频进行解码，这样不仅彻底空余出了CPU资源，而且在大幅度提高解码效率的同时，对于画质也有质量上的提升和保障，并且通过GPU解码，功耗方面控制得更有优势，节能环保，成本也更低。
实现了H.265硬解码，不仅可以同时实现多路的1080PH.265硬解码，更可以实现4KH.265硬解码，相信未来，凭借着H.265硬解带来的高性能、高质量、低功耗、低成本，H.265的整体安防解决方案将渐渐地受到各大安防行业的认可，开始向各大行业深入并扩展开来。
三、“上位”虽成定势，时间仍由成本与性能决定
通过上面的技术分析，无论在功能还是性能上，我们发现H.265已经在很多技术上实现了对H.264的全面超越，从这些方面看来，H.265的上位仅仅是时间的问题。不过，从问世到大规模的投产，再到市场的普及也注定需要一个过程。而对于这个过程的跨度，成本以及机器的性能无疑对这段时间的长短有着直接的影响作用。
作为一个新生的压缩标准，研发的成本以及新产品的售价显然是用户无法控制的，但是对于用户来说，却能够依据自身的投入来进行市场的选择。而如果设备的价格虚高于技术的实际成本太多的话，那么市场的进展显然也会受到明显的影响，价格的筛选作用也注定在此时凸显。
除了价格影响以外，设备的更新率也关系到了H.265的普及速度。从目前的应用状况来看，这几年监控系统发展中，H.264几乎独占了所有的市场，并且很多时候很好地完成了用户所需的监控任务。因此，面对很多刚刚“上岗”的H.264设备，如果想要短时间之内进行更新换代，恐怕对于不少系统来说是笔赔钱的买卖。尤其对于中小用户的市场来说，H.265恐怕会显出更多的冗余，这样的话，H.265在初期所能踏入的市场也就十分有限了。而在笔者看来，这恐怕也会成为H.265在进入市场时，比价格因素更难逾越的阻碍。
从以上这些角度来看，虽然目前的应用状况对于H.265的普及还非常遥远，而H.265的问世之初也注定会有诸多的坎坷等待我们依靠更多的智慧来解决，不过不可否认的是，H.265在未来的主导地位则早已成为注定的事实。
四、H.265走向“全面国产化”安防应用
H.265能否具备民族化的产业应用和视频信息安全上的保证？由于安防行业的特殊性，这也是用户最关心的两个方面。
我们先来了解一下H.265应用到安防领域中各环节厂家起到的作用：前期是标准的制定，主要由JCT-VT主导，这个过程有点像字典的编写；然后芯片厂家使用H.265这本视频压缩标准字典，以不同的行文风格（芯片算法），写出一篇篇文章（压缩码流），这是实现层；到了应用层，更多的掌握在视频监控厂家手里，他们更多的作用是H.265文章的收集者，经过排版、优化做成各式书籍(产品)，对外进行产品化销售。
由国际标准组织ISO和国际电信联合会ITU联合小组JCT-VT指定的H.265，集合了中美韩日等多国大学、企业、研究所等组织的顶尖技术力量，则可以视为目前定义最精确、效率最高的全球通用字典；在底层应用方面，国内部分方案提供商已经陆续推出了基于H.265编码算法的压缩芯片，而华为等中国企业拥有相当一部分H.265核心专利，是该标准的主导者之一，与此同时，国内的安防厂商基于H.265方案的编解码设备陆续发布；再来看H.265的产品应用，目前国内安防厂家基本都具备了产品化的研发实力，很多厂家都相继推出了支持H.265的产品。所以说，不论从芯片还是到产品，H.265均可做到国产化。
当然，对H.265所编码的信息“加密”保证信息安全也是全面国产化的重要一环，虽然说数据加密是和视频压缩标准不同范畴的两种技术，但是如果希望“写出来的信息”安全，则需要在存储或传输的时候进行加密，例如在传输信道上加密加扰，存储数据设置密码，控制访问权限等。在加密和标准层面上，目前国内大型安防厂家基本都已经具备了完善的安全加密实力。举例来说，目前安防炙手可热的云储存技术就提供了可靠的安全加密保障，在很多项目上均有大规模运用。目前主流的监控厂家均具备加密开发实力，并且加密机制也做得相当完善。
五、结语
不可否认，安防行业在向着更清晰、更高效、更节能的目标和方向大踏步地前进，新老技术的交替态势不可逆流。就像H.264带来了1080P时代一样，H.265在未来将会带来一场全球化的4K革命，并将4KH.265运用到智慧家居、智慧交通、智慧城市等等的方方面面。
这里不断提到了“智慧”两个字，没错，智慧将是未来安防科技化的代名词。有了4KH.265超高清整体解决方案的实现，画面将更加清晰、细致，为智慧视频分析的算法提供得天独厚的优质画面资源，视频分析的准确率也将得到质的提升，助力智慧安防改革创新。笔者认为，在不久的将来，首先发展的将是H.265硬解平台，或将呈现百家齐放的态势，如此，H.265在安防行业的前景和发展将以“燎原”之势，一发不可收拾。
作者：孙轲，浙江大华技术股份有限公司
