SVAC视音频可信编解码技术与应用研究报告（2023年）

SVAC视音频可信编解码技术与应用研究报告 (2023年) 中国信息通信研究院泰尔终端实验室2023年12月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。 转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 前言 随着网络基础设施的不断升级和完善，视音频信号传播已经进入网络时代，视音频的采集、传输、呈现正在逐渐成为一种不可替代的信息交互方式。视音频编解码则是其中关键的环节之一，是保证视音频传输质量、保障传输安全的核心技术。视音频编解码是对视音频数据进行压缩或者解压缩的过程，其核心是为了能够在保障视音频效果的同时，尽可能的去降低传输带宽，实现网络资源的价值最大化。 公共安全视频监控数字视音频编解码(SVAC)技术作为创新的视音频可信编码技术，专注视频监控垂直领域的深度挖掘，在编码工具、信息安全、数智融合等方面实现了技术和应用创新，形成了具备自主知识产权的编码技术，引领国内编码标准的发展，初步形成产业生态。 本报告梳理了SVAC编解码发展情况；详细阐述了SVAC编解码关键技术及其特点；通过典型应用场景，分析了SVAC编解码技术的实际应用优势；基于SVAC编解码技术、产业和生态当前发展状况，在技术演进、应用市场、生态发展三方面对其发展方向进行了展望，并提出发展参考建议。 目录 一、SVAC编解码技术的发展1 （一）适应技术重心转移，安全与数智融合应用逐趋兼顾1 （二）筑牢编解码技术基础，视频应用体系实现技术创新2 （三）开拓国内编解码技术，标准规范逐步建立完善3 （四）获得主流厂商产品支持，产业生态已初步形成4 二、SVAC编解码关键技术5 （一）SVAC标准技术框架5 （二）SVAC视频编解码算法7 （三）可伸缩编解码功能（SVC）13 （四）10/12bit高精度视频编码15 （五）感兴趣区域（ROI）功能16 （六）SVAC音频编解码算法17 （七）扩展信息功能20 （八）SVAC数据可信安全技术21 三、SVAC编解码技术特点及优势23 （一）优化的视频编码工具，提升编码效率和响应性能24 （二）强化的数据安全保护能力，保障数据真实完整和流程安全24 （三）强大的数智融合能力，支持复杂场景灵活扩展29 四、SVAC编解码技术典型应用场景32 （一）智慧交通33 （二）活动安保34 （三）智慧环保35 （四）智慧城管37 （五）智慧能源38 （六）智慧金融40 （七）智慧应急42 （八）智慧化工44 （九）智慧工地45 （十）智慧人居47 五、SVAC编解码技术发展展望与建议48 （一）SVAC技术演进方向48 （二）SVAC应用市场前景50 （三）SVAC生态发展建议55 附录缩略语表58 图目录 图1SVAC标准NAL封装结构6 图2SVAC标准时频混合编码框架7 图3SVAC标准编码树8 图4SVAC标准帧内预测示意图9 图5样点滤波补偿（ALF）菱形滤波器13 图6空域可伸缩编码（SSVC）示意图13 图7空域可伸缩编码（TSVC）示意图14 图8双核音频编码器流程图18 图9双核音频解码器流程图18 图10识别特征参数编码框图19 图11SVAC安全编码后的视音频码流格式21 图12SVAC数据加密原理22 图13SVAC数据签名原理23 图14SVAC视频融合数据流30 图15跨网、跨域复杂系统架构下的融合数据应用32 图162017-2025年中国城市治理市场规模预测51 图172017-2025年中国智慧商业市场规模预测53 图182017-2025年中国智慧出行市场规模预测54 表目录 表1部分引用SVAC校准的国家和行业标准4 表2SVAC信源加密与其他数据加密技术对比表28 一、SVAC编解码技术的发展 视音频编解码是一种将视音频数据进行压缩处理的技术，目的是大幅降低视音频网络数据传输量和存储文件体积，让视音频数据进入到各个行业应用领域。 随着新数智时代的到来，智能化技术的提升，编解码技术的发展重心也逐渐向数智融合以及安全、隐私保护等方面转移。为了实现视频监控和智能物联应用体系的技术创新，为国内视频应用产业的发展提供有力的技术支撑，公共安全视频监控数字视音频编解码(SVAC)从技术基础层面寻求突破，试图解决当前国内视频应用产业存在的核心技术匮乏和信息安全隐患问题。在逐步建立和完善标准化建设中，不断聚集产业优势资源，推进SVAC生态建设，为SVAC产品研发与推广奠定良好的基础。 （一）适应技术重心转移，安全与数智融合应用逐趋 兼顾 视音频压缩编解码的基本原理是利用视音频数据中存在的时间和空间冗余信息，通过变换编码、运动估计和运动补偿、熵编码等方法，去除或降低这些冗余信息，从而达到非常高的压缩效果。由于视频数据的码流远大于的音频，因此相关技术研究和创新主要集中于视频编解码领域。进入到21世纪后，包括H.264、H.265、H.266、VP9等视频编解码技术通过引入自适应变换、多参考帧、上下文自适应二进制算术编码（CABAC）等创新算法和技术，不仅提高了压缩效率，也提升了图像质量还原效果。 然而，伴随着国内外在城市治理、公共安全和工业互联网等领域对视音频技术的大规模应用，上述以视音频流媒体大规模网络传播和节目播放为主要目标的技术标准就暴露出短板和问题。尤其在人工智能、智能物联网和大数据等技术快速发展，对数据安全、隐私保护要求不断提升的时代背景下，对视音频编解码的技术和标准的关注重心已经从压缩效率转向数智融合和安全，各个行业应用需要能够在保障安全的前提下满足人工智能、大数据等对海量视音频和多维数据进行融合处理的新一代视音频编解码技术标准。 （二）筑牢编解码技术基础，视频应用体系实现技术 创新 视音频编解码是视音频应用体系的基础。当前H.26X系列等国际编解码标准虽被广泛使用，但国内企业在其中缺少知识产权和话语权，国内视频应用相关行业由此面临国际参与度待提升、长期发展保障缺失等亟待解决的问题。 1.国际参与度待提升 由于缺少知识产权的支撑，国内企业在相关国际编解码标准中的发言权有限，难以将国内各个行业在视频智能物联领域的应用成果、技术需求等通过标准来体现，产业发展和技术推进较为滞后。 2.长期发展保障缺失 技术、标准和产业是不断演进和互相促进的，如果没有自主知识产权作为支撑，难以主导标准发展方向，也难以实现长期可预期的产业发展。通过在具有自主知识产权的视音频编解码标准上不断演进和 迭代，不仅能持续提升在国际视频标准体系的影响力和话语权，更可以为视频智能物联行业和相关领域的技术、产业发展提供长期的保障。 国际高科技产业之所以能不断创新发展，与其标准化程度高所带来的产业链完善、产品成熟度高和成本优势密切相关。SVAC标准在吸取国内外最新成果和需求的基础上，不断开拓创新，以创新技术成果，逐步为视频智能物联技术、应用和产业提供更加有力的保障。 （三）开拓国内编解码技术，标准规范逐步建立完善 国内视频频编解码技术领域已取得一定进展，出现了AVS、SVAC等编解码技术标准。这些标准的建立与不断完善，为国内视频产业的发展提供了更多的选择与支持，促进了技术的不断进步以及应用场景的丰富。 SVAC编解码技术基于现有标准，基于特有的加密特性，深度考虑安全防护应用中的特定需求，形成特有的编解码标准。国家标准GB/T25724-2010《安全防范监控数字视音频编解码技术要求》（以下简称SVAC1.0标准）是具有我国自主知识产权的、面向公共安全等领域研发的数字视音频编解码技术标准，已于2011年5月正式实施。在标准实施过程中发现，SVAC标准在数据安全保护、提升压缩性能和编码效率、对智能分析和物联网大数据应用支持等方面需要进行补充和完善。历经2年的修订工作，从安全、智能分析、提升编解码效率三个方面切入，完善细化SVAC标准所独有、面向视频智能物联的特色能力，并于2017年正式颁布GB/T25724-2017，并更名为《公共安全视频监控数字视音频编解码技术要求》（以下简称SVAC2.0标 准），代替2010版标准，于2017年6月正式实施。SVAC2.0标准在保持完全自主知识产权的基础上，进一步规避了潜在的专利纠纷，为视频智联技术和产业的长期发展奠定基础。 SVAC标准现已在多项国家和行业标准中被引用，这些应用不仅证明了SVAC标准的实用性和有效性，也为其在未来的普及和发展奠定了坚实的基础。 表1部分引用SVAC校准的国家和行业标准 序号 标准号、名称 标准类型 1 GB35114-2017《公共安全视频联网系统信息安全技 术要求》 国家标准 2 GB37300-2018《公共安全重点区域视频图像信息采 集规范》 国家标准 3 GB/T28181-2022《公共安全视频联网系统信息传输、交 换、控制技术要求》 国家标准 4 GB∕T31458-2015《医院安全技术防范系统要求》 国家标准 5 GB/T31458-2015《医院安全技术防范要求》 国家标准 6 DL/T5588-2021《电力系统视频监控系统设计规程》 行业标准 7 GA1089-2013《电力设施治安风险等级和安全防范 要求》 行业标准 8 JT/T1076-2016《道路运输车辆卫星定位系统--车载终 端技术要求》 行业标准 9 GA/T1354-2018《安防视频监控车载数字录像设备技 术要求》 行业标准 来源：中国信息通信研究院 （四）获得主流厂商产品支持，产业生态已初步形成 SVAC1.0标准发布后，为了有效保护国家重要视音频信息安全， 提升我国视频智能物联相关行业技术水平，加快该标准的应用推广及相关产品研发进程，促进视频智能物联完整产业生态形成，2011年 8月，在国标委、公安部、工信部、发改委、科技部等部委的大力支持下，国内视音频技术和产业优势企业联合，共同成立以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的产业联盟，在北京市民政局正式登记注册成立了北京安防视音频编解码技术产业联盟（简称SVAC联盟）。 SVAC联盟为会员单位提供沟通交流平台，以SVAC联盟为纽带构建完整的产业链。SVAC联盟成员单位几乎涵盖了国内产业链的主要厂商，并已研发数百款软硬件产品。已形成包括专用芯片、各种形态的网络摄像机、视频编/解码器、网络存储一体机、存储服务器、平台软件、应用软件等完整解决方案和产品体系。 采用SVAC标准建设的项目已有数百个，主要分布在山西、河北、广东、四川、甘肃、贵州、福建、河南、北京、天津等地，涉及平安城市、智能交通、电力、教育、园区和医疗等多个行业或领域。SVAC标准以其在安全、智能、物联等方面的能力正成为智能物联网（AIoT）视频服务的基础标准之一，为视频物联网大数据和智能应用提供了广阔的技术应用和发展空间。 二、SVAC编解码关键技术 （一）SVAC标准技术框架 SVAC标准分为视频和音频两大部分，均采用NAL（网络抽象层）单元封装，支持视频、音频和各类信息在同一个码流中传输，如图1： 据 nal_unit_type NAL单元中RBSP语法结构的内容 0 保留 1 非IDR图像的编码片 tile_data_rbsp() 2 IDR图像的编码片 tile_data_rbsp() 3 非IDR图像的SVC增强层编码片 tile_data_rbsp() 4 IDR图像的SVC增强层编码片 tile_data_rbsp() 5 监控扩展数据单元 surveillance_extension_rbsp() 6 补充增强信息 sei_rbsp() 7 序列参数集 seq_parameter_set_rbsp() 8 图像参数集 pic_parameter_set_rbsp() 9 安全参数集 sec_parameter_set_rbsp() 10 认证数据 authentication_data_rbsp() 11 流结尾 end_of_stream_rbsp() 12