Fachartikel aus PROTECTOR 1-2/2017, S. 32 bis 33

Implementierung des H.265-Standards Die Signifikanz der Kompression

Diejenigen, die in der Videoüberwachung tätig sind, werden wahrscheinlich in etwa einem Jahr zurückblicken und sich fragen, wie wir jemals ohne H.265 überleben konnten. H.265-Kompression ist da, und der Zeitpunkt könnte nicht günstiger sein.

Bild: Hanwha Techwin
Die ROI-Technologie analysiert statische und dynamische Bereiche in Videos und wendet unterschiedliche Kompressionsraten an, um die Bandbreite zu reduzieren. (Bild: Hanwha Techwin)

Ein Sprichwort besagt, dass Notwendigkeit die Mutter der Erfindung ist. Dieses Sprichwort hat sich mit H.265 und den Vorteilen, die H.265 für Videoüberwachungs-systeme mit Full-HD- und 4K-Kameras bringt, bewahrheitet. Gleiches kann für neue komplementäre Kompressions-technologien wie Wisestream gesagt werden. Diese Technologien steuern Kodierung, Qualitätsabgleich und Kompression entsprechend den Bewegungen in einem Bild dynamisch und sind, gekoppelt mit H.265-Kompression, in der Lage, die Bandbreitennutzung im Vergleich zu aktueller H.264-Technologie um bis zu 75 Prozent zu reduzieren.

Effizientere Kompression

Die neueste Generation der Full-HD- und 4K-Kameras erweist sich als kostspielig, wenn ein Endanwender Videos mit hoher Auflösung für betriebliche oder Beweiszwecke speichern muss. Der Grund hierfür: Aus vielen Pixeln bestehende HD-Bilder können sehr schnell die Festplatte eines NVR oder Servers füllen, wenn sie mit voller Bildfrequenz und voller Auflösung aufgenommen werden.

Endanwender stellen immer häufiger die Gesamtbetriebskosten eines Videoüberwachungssystems in Frage, und diese können sich summieren, wenn eine große Anzahl HD-Kameras installiert ist. Zusätzlich zur Kapitalinvestition, die für NVRs oder Speicherserver erforderlich ist, können die wiederkehrenden Kosten für den Stromverbrauch durch Festplatten und die Unterhaltung von Klimaanlagen sowie laufende Instandhaltungskosten erheblich sein. Unternehmen mit Umweltschutz-Richtlinien machen sich auch über die Umweltauswirkungen und Nachhaltigkeit von Systemen, die sehr viel Energie verbrauchen, Sorgen.

Durch eine Reduzierung des Speicherbedarfs an den Videospeicher mithilfe von H.265 und Wisestream können Anwender die Kapitalinvestition und laufende Betriebskosten für Aufnahme- und Speichergeräte minimieren, welche normalerweise notwendig sind, um einen vollen Nutzen aus den von HD-Kameras erfassten hochauflösenden Bildern zu ziehen. Hanwha Techwin ist nicht der einzige Hersteller, der Full-HD- und 4K-Kameramodelle mit H.265-Kompression eingeführt hat, obgleich das Unternehmen nach eigener Einschätzung den Bereich in Bezug auf komplementäre Kompressionstechnologien anführt.

Wie funktioniert H.265?

Der H.265-Standard, der auch als High Efficiency Video Coding (HEVC) bekannt ist, wurde von der Moving Picture Experts Group (MPEG) und der Video Coding Experts Group (VCEG) definiert. Er unterstützt Auflösungen bis zu 8.192 mal 4.320 Pixeln. H.265 verdoppelt die Datenkompressionsrate im Vergleich zu H.264, während gleichzeitig derselbe Grad an Videoqualität geliefert wird, beziehungsweise H.265 in der Lage ist, eine erheblich verbesserte Videoqualität bei derselben Bitrate zu liefern. Im Klartext bedeutet das eine höhere Effizienz, da Videos in derselben Qualität aufgenommen, gespeichert und übertragen werden können, während gleichzeitig weniger Bandbreite verbraucht wird, beziehungsweise die Bandbreite kann aufrechterhalten werden, um eine höhere Qualität zu erzielen.

H.265 ähnelt H.264 insofern, als dass verschiedene Teile eines Videobildes verglichen werden, um redundante Bereiche sowohl in einem Bild als auch in aufeinanderfolgenden Bildern zu finden. Diese redundanten Bereiche werden dann durch eine kurze Beschreibung anstelle der ursprünglichen Pixel ersetzt. Die Hauptvorteile von H.265 gegenüber H.264 sind die Erweiterung des Mustervergleichs und der Differenz-Kodierbereiche von 16 mal 16 Pixeln zu Größen bis zu 64 mal 64 Pixeln. Es gibt auch eine verbesserte Segmentierung variabler Blockgrößen und Intra-Prädiktion innerhalb desselben Bildes, sowie eine verbesserte Prädiktion (Vorherbestimmung) von Bewegungsvektoren. Durch die effektive Nutzung dieser Verbesserungen können Videosignale schneller komprimiert werden, wobei gleichzeitig die erforderliche Prozessorleistung für die Dekompression verringert wird.

H.265 mag zwar eine neue Technologie für die Sicherheitsbranche sein, sie ist aber bereits ein etablierter Standard in der Rundfunk- und Fernsehbranche. Die Sicherheitsbranche ist schon immer bereit gewesen, von den führenden Medienbranchen zu lernen, und hat Best Practices verinnerlicht, wie es ganz klar beim Übergang von MPEG zu H.264 zu sehen war. Es ist somit nur natürlich, die allerneuesten technologischen Fortschritte zu nutzen.

Unterstützung beim Übergang

Um Endanwendern beim Übergang zu H.265-Technologien zu helfen, nutzt die neueste Generation der Wisenet-Kameras einen Triple Codec, der ein simultanes Streaming von H.265-, H.264- und M-JPEG-Formaten ermöglicht. Hiermit können Videos in verschiedenen Formaten aufgenommen und angezeigt werden. Sie erleichtert auch die Integration von Drittsystemen, die H.265 noch nicht unterstützen. So können Anwender die besten Kameras der Branche einsetzen und auf H.265 migrieren, sobald eine Unterstützung durch die Hersteller der Drittsysteme bereitgestellt wird.

Wie bereits erwähnt, steuern ergänzende Kompressionstechnologien wie die kürzlich von Hanwha Techwin eingeführte Wisestream-Kodierung, Qualitätsabgleich und Kompression entsprechend den Bewegungen in einem Bild dynamisch. An dieser Stelle bietet es sich an, einige der Hauptfaktoren und Begriffe in diesem Zusammenhang zu erklären.

GOV

Eine GOV (Group of Video) besteht aus einem I-Frame (Vollbild), das die kompletten Videodaten enthält, und mehreren P-Frames, die die bewegten Anteile der Videodaten enthalten. Die dynamische GOV ist eine Technologie, die die GOV-Länge steuert.

Wenn die GOV durch Reduzierung der Anzahl der I-Frames verlängert wird, wird die Bandbreite verringert, aber die Videoqualität wird schlecht sein, wenn das Video sehr viel Bewegung enthält. Die optimale Einstellung ist eine lange GOV für weniger Bewegung und kurze GOV für sehr viel Bewegung.

Die dynamische GOV-Technologie berechnet Bewegungen oder die Komplexität in Videobildern und steuert dann die Intervalle zwischen den I-Frames. Weniger Bewegung und niedrige Komplexität bedeutet, den Bandbreitenverbrauch durch Erhöhung des I-Frame-Intervalls zu reduzieren. Mehr Bewegung und hohe Komplexität heißt, mehr I-Frames einfügen, um die Integrität der Videoqualität aufrechtzuerhalten

Region of Interest (ROI)

Bei Videos wollen Anwender normalerweise statische Bereiche mit wenig Bewegung und dynamische Bereiche mit sehr viel Bewegung anzeigen. Die ROI-Technologie analysiert statische und dynamische Bereiche in Videos basierend auf einer fortschrittlichen Videoanalyse. Anschließend wendet sie eine unterschiedliche Kompressionsrate auf jeden Bereich an, um sowohl die Videoqualität als auch die Bandbreite zu reduzieren.

Predictive Bitrate Control

H.264- und H265-Codecs prognostizieren und berechnen die Komplexität einer zu komprimierenden Szene, wobei im Fall einer Berechnung durch den Codec selbst jedoch oft eine höhere Bitrate auftritt. Die Predictive-Bitrate-Control-Technologie enthält eine Vorberechnungslogik, welche die Komplexität vor der Kompression durch den H.264-/H.265-Codec prognostiziert. Sie steuert die Bitrate durch Prädiktion der Szene (Quantisierungsparameter) und verhindert dadurch eine unnötige Erhöhung der Bitrate und optimiert die Streaming-Daten.

Durch die massive Rechenleistung der in die neueste Generation von HD-Kameras integrierten DSP (Digital Signal Processor)-Chipsets eröffnen sich Gelegenheiten, den Mehrwert von Videoüberwachungssystemen für Anwender erheblich zu steigern. Es ist eine Win-win-Situation für alle Beteiligten. Insbesondere für die Hersteller von Kameras und Aufnahmegeräten, die die Notwendigkeit der Integration der allerneuesten Kompressionstechniken in ihre Produkte verstanden haben und es Anwendern hierdurch ermöglichen, den maximalen Nutzen aus ihrer Investition in eine Videoüberwachungslösung zu erzielen.

Jörg Majerhofer, Country Manager DACH, Hanwha Techwin Europe

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