SVC技术介绍及应用分析 - 安防知识网

随着H.264国际视频编码标准的逐渐成熟和推广，越来越多的视频应用采用H.264标准。由于存在不同的网络和不同的终端，客户对于视频编码的可伸缩性方面的要求也越来越迫切，因此SVC技术应运而生，成为当前网络视频监控的热门话题，势必将引领下一代网络视频技术的发展方向。

一、SVC技术的由来及现状

SVC，即Scalable Video CODEC，可伸缩视频编解码，是一种能将视频流分割为多个分辨率、质量和帧速率层的技术，SVC是对规定设备如何对多层视频流进行编码和解码的H.264视频编解码标准的扩展，被称为H.264-SVC。2005年1月，ISO的MPEG和ITU-T的VCEG联合将SVC的扩展集草案提交给联合视频组(JVT)讨论，联合视频组(JVT)将此标准定为H.264-SVC标准。此后，每次JVT的会议都围绕着SVC技术对标准进行修订和完善。

SVC技术将收发的数据分为一个小的基础层和多个可提高分辨率、帧速率和质量的其它可选层组成的多层视频流，这种分层方式可以大大提高设备相互通信时的误码弹性和视频质量，而且对带宽没有很高的要求。另外，一个多层SVC视频流可以支持多种设备和网络。

SVC技术使低码流下的传输和解码成为可能，对于部分码流采用低的时间或者空间分辨率、或者低的保真度(高压缩率)，而对于部分码流保留高的重建质量，简而言之，SVC被设计为向传输和存储应用提供各种增强功能，SVC技术逐渐成为当前国际上对于视频编码技术的研究热点。

二、SVC技术详细介绍

H.264-SVC以先进视频编解码器标准H.264 AVC为基础，并高度利用了原始编解码器的各种工具以及概念。然而，它产生的编码视频是空间上临时可扩展的，并且是在视频质量方面可扩展的。也就是说，它能够产生不同帧速率、分辨率或质量等级的解码视频。

SVC技术引入了一种原始H.264 AVC编解码器在编码视频内的各层不存在的概念，基础层对视频流的最低临时、空间和品质表现进行编码；增强各层利用基础层作为起点，对附加信息进行编码，从而在解码过程中把编码结果用于重构高质量、高分辨率或临时的视频版本。

通过对基础层以及仅仅是所需要的后来增强层进行解码，解码器能够以所希望的特征产生一种视频流。图1所示为H.264 SVC流的分层结构。在编码的过程中，要利用仅仅对较低级各层的参考，小心地解码一个特殊层。以这种方式，编码流可以在任意点被删节，但是，仍然维持有效的、可解码的视频流。

图1：H.264 SVC分层结构

这种分层方法让所生成的一个编码流能够被删节以限制所消耗的带宽或者降低解码计算的要求。删节过程完全通过从编码视频流提取所需要的各层而构成，这个过程甚至能够在网络中执行。

为了实现临时的可扩展性，H.264 SVC链接其参考帧以及预测帧，这与传统的H.264 AVC编码器稍微不同。SVC采用分层预测结构，如图2所示，而不是传统的内帧(I帧)、双向帧(B帧)以及预测帧(P帧)的关系。

图2：传统的I、P和B帧的关系[nextpage]

分层结构定义最终视频流的临时分层。图3描述了可能的分层结构。在这个特殊的例子中，各帧仅仅根据上次出现的各帧进行预测。这就确保该结构不仅仅展示临时的可扩展性，而且显示了低的延迟。

图3：在SVC中的分层预测帧

这个方案具有四个嵌套的临时层：T0 (基础层)、T1、T2和T3。由T1和T2各层构成的帧仅仅由T0层中的各帧预测。在T3层中的各帧仅仅由T1或T2各层中的各帧来预测。

为了以3.75帧每秒的速度播放编码帧，仅仅构成T0的各帧需要被解码。所有的其它各帧可以被丢弃。为了以7.5fps的速度播放，要对构成T0以及T1的各层进行解码。在T2和T3中的各帧被丢弃。类似地，如果构成T0、T1和T2的各帧被解码，所得到的视频流将以15fps的速度播放。如果所有帧均被解码，那么，完全的30fps视频流被恢复。

图4：H.264 AVC和H.264 SVC

相比之下，在H.264 AVC中，不管需要的显示率是什么，所有帧均需被解码。为了转换至一个低带宽网络，整个视频流均需要被解码，不需要的帧可以被丢弃，然后，重新编码。

在H.264 SVC中的空间可扩展性遵循类似的原则，在这一情形下，较低分辨率的各帧被编码为基础帧。经解码和上行采样的基础帧被用于对较高阶各层进行预测。重构原始场景细节所需要的附加信息被编码为一个独立的增强层。在某些情形下，重用运动信息能够进一步增加编码效率。[nextpage]

三、SVC技术优势

1. SVC只提供唯一码流

SVC一种能将视频流分割为多个分辨率、质量和帧速率层的技术，支持支持多种设备和网络同时访问SVC视频流。

2. 支持时间、空间、图像质量的扩展

SVC支持视频流时间、空间、图像质量的扩展，空间上的伸缩性是指对于同样的视频源，可以在同一时间内得到不同解析度的画面（D1，CIF，QCIF）；时间轴上的可伸缩性是指在播放时帧率的可调性；因此通过一台标准的PC机可实现多种方式的解码以满足不同处理能力的设备的需求，多个用户可以同时对同一视频用不同的分辨率进行解码，可解码出多种分辨率、质量、帧速率的图像。

3. 压缩网络带宽，传输带宽低

总体来说，H.264 SVC跟不具备可扩展性的全分辨率以及全帧速率视频构成的H.264视频流相比，具有三层临时可扩展性以及三层空间可扩展性，同时SVC视频要小20%以上。如果采用H.264 编解码器对可扩展性进行仿真，就需要多个编码视频流，从而导致更高的带宽要求或贯穿网络的昂贵解码和二次编码。

4. 误码恢复

误码恢复的传统实现方法是把附加的信息添加至视频流之中，以便监测和校正误码。SVC的分层方法意味着不需要增加大的开销，就可以在较小的基本层上执行高级别的误码监测和校正。如果要把相同程度的误码监测和校正功能应用于AVC视频流中，那就需要把整个视频流保护起来，从而导致视频流更大。如果在SVC视频流中监测出误码，那么，就可以逐渐让分辨率和帧速率退化，直至—如果需要的话—只有高度受保护的基础层才可以使用。按照这一方式，在噪声条件下的退化要比在H.264 AVC环境下更让人可以接受。

5. 灵活的存储管理

因为SVC视频流或文件即使在被删节的情况下仍然可被解码，SVC既可以在传输过程之中、也可以在文件被存储之后采用。把被分解的文件存储在光盘上并取消增强层，就可以在不对存储在文件中的视频流进一步处理的情况下，压缩文件的大小。这对于需要“要么全部管、要么不管”的方法进行光盘管理的AVC文件来说是不可能的。

6. 内容管理

SVC视频流或文件固有地包含较低分辨率以及帧速率的视频流。这些视频流可以被用于加速视频分析的应用或分类各种算法。临时可扩展性也使得视频流易于以快速进退的方式搜索。

四、SVC技术发展及应用

深圳市景阳科技股份有限公司作为网络视频领域市场领导者之一，一真关注网络视频的最新发展方向，开发出具有市场领先的国内第一台SVC网络摄像机，在11月安博会上进行了重点演示，得到广大参观者的赞许和认可。

景阳公司SVC网络摄像机在视频流上执行 30fps H.264 压缩，分辨率高达 1.3 兆像素 (Mp)，且具有同步 G.711 或 G.726 音频编码。还可以选择 MJPEG 压缩，它可在所提供传感器上以全帧速率和分辨率运行。在标准清晰度 (D1) 流上执行 30fps H.264 压缩时，只会占用 25% 的处理能力。其余计算能力可用于处理其他流或执行视频分析。编码器内置的智能功能允许用户定义重点区域，以便针对该区域着重进行流分析或定义隐私区域，还可以配置移动、盲点、夜晚和场景变化的侦测。使用内置的 Web 服务器，用户可以通过标准 Web 浏览器轻松配置网络摄像机。

景阳公司SVC网络摄像机主要特性为：

1. 30fps 1.3M 象素的 H.264 编码

2. 使用嵌入式分析自动管理比特率

3. 高清晰度、低带宽 H.264、MPEG4 或 MJPEG同步编码

4. 全双工 G.711/G.726 音频 CODEC

5. 可选择的输出分辨率和帧速率

6. 用于最优比特率选择的嵌入式分析

7. 具有分析和无线通信的处理能力

8. 具有 UDP、RTP 和 HTTP 的 10/100 以太网接口

景阳公司利用H.264 SVC编解码器，就可以放宽对摄像机伺服多个视频流的要求，降低系统复杂性，压缩摄像机与控制间之间的网络带宽。完整的1280 x 720视频流现在可以被存储在网络视频刻录机(NVR)上，这些文件可以被方便地分解，以创建D1(或CIF)视频流，从而在给定的时期之后把光盘空间腾空出来。CIF视频流可以直接由NVR伺服，以实现分析工作，而降低了帧速率的第二视频流可以被提供给第一反应车使用。图4显示了H.264 SVC的一种可能的实现方案。[nextpage]

图5：H.264 SVC视频监控应用

在目前中国国内地铁监控中，对于视频的传输和存储分别采用了MPEG-2和MPEG-4的压缩方式，要在控制中心大屏幕浏览需要保证图像的质量，因而采用MPEG-2编码方式进行传输，而MPEG-2编码码流通常大于10mb/s。进行实时存储时，系统需要的存储空间会很大，将会大大增加投资成本，于是采用MPEG-4编码，用以解决存储所需的存储空间问题。采用可伸缩编码技术SVC可解决地铁监控中的问题，图像存储和浏览采用同一码流，解决了带宽和存储空间问题。

五、SVC技术发展趋势

H.264 SVC作为时下流行的H.264视频标准的拓展，得到了通讯行业的广泛认可。随着处理器、传感器以及显示技术的进步，目前SVC技术正逐步在视频应用领域得到应用推广，如网络视频监控、数字硬盘录像机、视频会议系统等。目前深圳市景阳科技股份有限公司在中国国内推出第一台自主知识产权SVC技术的网络摄像机和混合式DVR，必将引爆SVC技术在国内的推广，带领SVC技术在国内的产业化，相信在不久的将来，你会看到更多的产品在国内市场的应用和发展。