HIKVISION Tecnologia de Codificação H.265+ Reduza sua Largura de Banda e Armazenagem pela Metade Desfrute da Ultra HD e da Fluência

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1 HIKVISION Tecnologia de Codificação H.265+ Reduza sua Largura de Banda e Armazenagem pela Metade Desfrute da Ultra HD e da Fluência

2 Índice 1. Background Key Technologies Prediction Encoding P-Frame Encoding I-Frame and R-Frame Encoding Noise Suppression Long-Term Bitrate Control Bitrate Reduction Test Result Instant Bitrate of Different Scenes Hour File Size of Different Scenes Summary

3 1. HISTÓRICO A câmera de vigilância ultra HD foi desenvolvida há vários anos. No entanto, ela não tem sido amplamente utilizada até o momento, pois exige uma transmissão de ampla largura de banda e uma capacidade massiva de armazenagem. Assim, a forma de limitar a taxa de bits da transmissão de vídeo ultra HD torna-se um problema crítico que decide a popularidade das câmeras ultra HD. A tecnologia H.265+ é um algoritmo inteligente desenvolvido pela Hikvision. É uma notável tecnologia de codificação com base no padrão H.265/HEVC (Alta Eficiência de Codificação de Vídeo) e é otimizada mesmo ao considerar os seguintes recursos de vídeo vigilância em sua totalidade. Informações de plano de fundo permanecem estáveis e raramente mudam. Os objetos móveis podem aparecer por diversas vezes em uma parte substancial dos vídeos de vigilância. O visualizador concentra-se principalmente em. Uma vigilância ininterrupta de 24 horas e o ruído no vídeo tem um impacto relativamente grande na qualidade da imagem. A tecnologia H.265+ é capaz de diminuir consideravelmente a taxa de bits dos vídeos de vigilância, reduzindo assim o custo de largura de banda e armazenamento. 2. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS H.265+ melhora a relação de compressão com base em três tecnologias principais: tecnologia de codificação prevista com base no modelo histórico, tecnologia de supressão de ruído de fundo e tecnologia de controle da taxa de bits a longo prazo CODIFICAÇÃO DE PREVISÕES Os algoritmos atuais de compressão tradicional como MPEG2, MPEG4, H.264/AVC e o recente H.265/HEVC são todos baseados no quadro da codificação híbrida. A codificação prevista é uma das tecnologias centrais que influencia o desempenho da compressão. Ela pode ser dividida em codificação prevista inter-frame (entre quadros) e codificação prevista intra-frame (intra-quadros). A previsão inter-frame gera um modelo de previsão a partir de um ou mais quadros ou campos de vídeo previamente codificados usando uma compensação de movimento baseada em blocos. A previsão intra-frame significa que as amostras de um macrobloco (unidade de processamento) são previstas ao utilizar apenas informações de macroblocos já 3

4 transmitidos do mesmo quadro. No caso de quadros diferentes na transmissão de vídeo, são adotados métodos diferentes de codificação. O I-frame pode ser codificado separadamente e adota a tecnologia de codificação prevista intra-frame. A codificação P-frame baseia-se na codificação de I-frame ou P-frame e adota a codificação prevista inter-frame CODIFICAÇÃO P-FRAME Com a inter-previsão, você pode reduzir a taxa de bits ao comprimir apenas a diferença entre o quadro atual e o quadro de referência. Portanto, selecionar um quadro de referência apropriado é a chave para melhorar a relação de compressão da transmissão. No caso do vídeo de vigilância, as informações secundárias são geralmente estáveis. Assim, podemos extrair um quadro secundário como um quadro de referência para codificar. O quadro secundário deve conter o mínimo de objetos móveis possível. Conforme exibido na Figura 1, entre os três quadros, T0 e T1 são as imagens codificadas. Você pode adotar um quadro secundário como um quadro de referência e, em seguida, codificar T2 com base nas similaridades e nas diferenças entre T1 (quadro de referência) e T0 (quadro secundário). Já que T0 contem poucos objetos móveis, ele é uma boa opção como quadro secundário. T0 T1 T2 Figure 1 Selecionar o melhor quadro secundário Podemos extrair o objeto móvel de T1 e T2, conforme exibido na Figura 2. O objeto move-se de B para A ao codificar o quadro T2; a área B é a área recentemente exposta. Direção de B A Figure 2 O objeto move-se de B para A Exemplo 1: 4

5 Se adotarmos apenas T1 como o quadro de referência, ele custará mais bits ao codificar a área B, já que não podemos encontrar uma área em T1 que seja similar à área B. T1 T2 Quadro de referência Parte residual Imagem final Figure 3 Tipo de referência comum Exemplo 2: No entanto, se adotarmos apenas o quadro secundário (T0) como o quadro de referência, podemos encontrar um bloco que seja quase igual o da área B, enquanto a área A é uma nova área. Assim, ele custará mais bits ao codificar a área A. Exemplo 3: Ademais, se adotarmos o quadro secundário e T1 como quadros de referência, podemos simplesmente encontrar as áreas similares às áreas A e B. Então, o custo de bits pode ser reduzido para o menor valor T0 T2 T1 Parte residual (menos dados) Imagem final Quadros de referência Figure 4 Tipo de referência secundária CODIFICAÇÃO DE I-FRAME E R-FRAME O I-frame aparece a cada poucos segundos ao codificar o vídeo de vigilância. Como resultado, a taxa de bits de I-frame utiliza um grande percentual durante a codificação, especialmente para um ambiente que seja relativamente imóvel. Em alguns casos, o I-frame pode utilizar até cinquenta por cento dos recursos de codificação. Além disso, as informações exibidas pelo I- frame são repetitivas quando o plano de fundo é estável. Para reduzir o custo da taxa de bits do I-frame repetitivo, H.265+ projeta uma relação de 5

6 referência de codificação prevista (com base no modelo histórico) exibida como Figura 5. 2s 2s P-Frame R-Frame P-Frame R-Frame Escolhido pela análise I-Frame (Quadro secundário) 8 s a 12 s I-Frame (Quadro secundário) Figure 5 Relação de referências de codificação prevista Tipo de estrutura Intervalo Descrição I-Frame (Quadro secundário) 8 s a 12 s O I-frame é completamente codificado com base na imagem atual que adota a codificação prevista intra-frame. É um quadro escolhido pelo algoritmo inteligente e contem o mínimo de objetos móveis possível. R (Refresh)- Frame P-Frame 2s Mesmo que taxa de quadros O R-frame adota uma codificação prevista intra-frame (para objetos móveis) e uma codificação prevista inter-frame com base no I-frame (para objetos sem movimento). O R-frame trabalha como um I-frame na transmissão de vídeo durante o acesso aleatório para garantir a experiência de reprodução do usuário. O quadro adota a codificação prevista inter-frame, que é baseada no quadro anterior (P-frame ou R-frame) e no I- frame. Com o R-frame, o custo da taxa de bits pode ser reduzido com a experiência de reprodução do usuário, que também é garantida. Consulte a figura abaixo para entender o processo de codificação R-frame. Os objetos móveis, que estão marcados com retângulos vermelhos, são codificados com a codificação prevista intra-frame e tem uma boa qualidade. O plano de fundo adota a codificação prevista inter-frame. 6

7 Objetos móveis com codificação prevista intra-frame Objetos em Objetos imóveis com codificação prevista inter-frame + Imagem final Imagem de fundo Parte residual Imagem sem Figure 6 Codificação prevista mista de R-frame 2.2. SUPRESSÃO DE RUÍDOS Normalmente, para garantir a qualidade dos objetos móveis, o módulo de codificação também codifica o ruído no ambiente. Mas agora, com o algoritmo de análise inteligente que pode diferenciar entre a imagem de fundo e os objetos móveis, os e o plano de fundo podem ser codificados com estratégias de codificação diferentes. Conforme exibido na Figura 7, o algoritmo de análise inteligente extrai a imagem de fundo e o veículo em movimento. A imagem de fundo é codificada com uma alta compressão para suprimir o ruído e reduzir a taxa de bits. Análise inteligente Taxa de bits do Imagem Altamente Compactado Taxa de bits Taxa de bits original do plano compactada do de fundo plano de fundo Redução de Figure 7 Supressão de ruídos 2.3. CONTROLE DE LONGO PRAZO DA TAXA DE BITS A Hikvision apresenta um novo tipo de conceito de taxa de bits chamado de Média de Taxa de Bits de Longo Prazo para uso total da taxa de bits. A Média de Taxa de Bits de Longo Prazo significa a média de taxa de bits durante diversos períodos (geralmente 24 horas). Com o controle da média de taxa de bits, a câmera pode atribuir mais taxas de bits aos horários de 7

8 movimentação ao mesmo tempo em que reduz a taxa de bits nos horários de inatividade (como da 0:00 às 9:00 e das 20:00 às 24:00 no escritório), conforme exibido no diagrama abaixo (usamos o controle de taxa de bits constante como exemplo). Bitrate Max. Bitrate Bitrate 24 Time Average Bitrate Time Figure 8 Controle de taxa de bits da taxa de bits constante Controle de taxa de bits constante Para a codificação H.265 com a taxa de bits configurada como constante, a taxa de bits varia levemente próximo ao valor da taxa máxima de bits pré-definida. Com H.265+ ativado, a média de taxa de bits pode ser mantida como a metade do valor da taxa máxima de bits (utilizando a vigilância do escritório como exemplo, a redução real da taxa de bits poderá variar com diferentes situações de vigilância) e a qualidade da imagem pode ser otimizada desde que a tecnologia H.265+ possa ser completamente usada em cada bit. Controle de taxa de bits variável No modo de taxa de bits variável, a taxa de bits instantânea varia de acordo com a movimentação da cena, enquanto a qualidade da imagem é estável. Quando H.265+ está ativado, a mudança da taxa de bits pode ser dividida em dois casos. o Se o valor da média de taxa de bits definida for limitado, a codificação H.265+ poderá fornecer uma melhor qualidade de imagem com a taxa de bits limitada o Se o valor da média de taxa de bits for alto para a situação de monitoramento, a média de taxa real de bits poderá ser menor que o valor pré-definido e, assim, a armazenagem poderá ser salva. 3. RESULTADO DO TESTE DE REDUÇÃO DA TAXA DE BITS O teste de redução da taxa de bits é baseado nas câmeras 1080p a 25fps. O resultado pode ser dividido em duas partes: a comparação da taxa de bits instantânea em diferentes circunstâncias e o tamanho do arquivo de 24 horas que resultou nos diferentes padrões de 8

9 codificação TAXA DE BITS INSTANTÂNEA DE SITUAÇÕES DIFERENTES Table 1 Comparação da taxa de bits instantânea entre H.264 e H.265+ da Hikvision N Descrição da cena Taxa de bits (kbps) H.264 H.265+ Redução de 1 Café, Iluminação suficiente, Muitos ,3% 2 Café, Iluminação suficiente, Alguns ,9% 3 Café, Pouca iluminação (IR ligado), Sem movimento ,4% 4 Rua, Iluminação suficiente, Muitos ,0% 5 Rua, Iluminação suficiente, Alguns ,4% 6 Rua, Pouca iluminação, Sem movimento ,0% taxa Média de redução da taxa 83,7% Table 2 Comparação da taxa de bits instantânea entre H.265 e H.265+ da Hikvision N Descrição da cena Taxa de bits (kbps) H.265 H.265+ Redução de 1 Café, Iluminação suficiente, Muitos ,7% 2 Café, Iluminação suficiente, Alguns ,6% 3 Café, Pouca iluminação (IR ligado), Sem movimento ,2% 4 Rua, Iluminação suficiente, Muitos ,0% 5 Rua, Iluminação suficiente, Alguns ,1% 6 Rua, Pouca iluminação, Sem movimento ,3% taxa Conclusão: Média de redução da taxa 67,6% 1. A média de redução da taxa entre H.264 e H.265+ da Hikvision é 83,7 por cento e a taxa entre H.265 e H.265+ da Hikvision é 67,6 por cento. H.265+ da Hikvision pode reduzir muito a taxa de bits na mesma cena. 2. A redução da taxa cai conforme o número de na cena diminui. 9

10 24-hour File Size (GB) Decreased Rate 3.2. TAMANHO DE ARQUIVO DE 24 HORAS DE SITUAÇÕES DIFERENTES Cena 1: Café Table 3 Comparação do tamanho de arquivo de 24 horas - Café Hora Média de taxa de bits (kbps) H.264 H.265 H :00 às 21:00 (Dia) :00 ao dia seguinte, 09:00 (Noite) Tamanho teórico de arquivo em 24 horas (GB) 22,7 11,8 3, File Size Comparison between H.264, H.265 and Hikvision H.265+ H.264; 83,00% 90,00% 4,8 H.265; 67,30% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 2,3 40,00% 17,9 30,00% 20,00% 9,5 0,56 10,00% 3,3 0,00% H.264 H.265 Hikvision H.265+ Daytime Night Decreased Rate Figure 9 Quadro de comparação - Café Cena 2: Intersecção Table 4 Comparação do tamanho de arquivo de 24 horas - Intersecção Média de taxa de bits (kbps) Hora H.264 H.265 H :00 às 21:00 (Dia) :00 ao dia seguinte, 09:00 (Noite)

11 24-hour File Size (GB) Decreased Rate Hora Tamanho teórico de arquivo em 24 horas (GB) Média de taxa de bits (kbps) H.264 H.265 H ,4 21,1 7,5 File Size Comparison between H.264, H.265 and Hikvision H H.264; 79,40% H.265; 64,50% 13, ,7 11,1 2,5 5 H.264 H.265 Hikvision H ,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Daytime Night Decreased Rate Figure 10 Quadro de comparação - Intersecção Conclusão: No caso de monitoramento do café, a redução da taxa do tamanho de arquivo de 24 horas entre H.264 e H.265+ da Hikvision é 83 % e a taxa entre H.265 e H.265+ da Hikvision é 67,3 %. No caso de monitoramento da intersecção, a redução da taxa do tamanho de arquivo de 24 horas entre H.264 e H.265+ da Hikvision é 79,4 % e a taxa entre H.265 e H.265+ da Hikvision é 64,5 %. H.265+ da Hikvision pode diminuir muito o tamanho de arquivo no monitoramento de 24 horas e reduzir o custo de armazenagem no final. 4. RESUMO H.265+ da Hikvision é uma tecnologia de codificação otimizada com base na compressão padrão H.265/HEVC. Com H.265+, a qualidade do vídeo é quase igual à de H.265/HEVC, porém com uma necessidade menor de largura de banda de transmissão e de capacidade de armazenagem. Ele estende a aplicação do vídeo ultra HD na vigilância por vídeo como, por exemplo, em dispositivos 8 MP e 12 MP. H.265+ da Hikvision atende à norma de H.265/HEVC e é compatível com a maioria dos softwares/hardwares que suportam H.265. Desempenha um papel significativo no corte de custos de armazenagem e na promoção da popularidade do vídeo ultra HD. 11

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