視頻監控中編解碼算法的應用及相關優化
來源:數字音視工程網 編輯:mark 2012-04-25 08:58:24 加入收藏 咨詢

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目前國內視頻監控普遍采用的壓縮算法主要是H.264,這是一種高壓縮編解碼算法,具有速度快、信息損失小、成像質量高、視頻流對帶寬占用率低等特點;其最大的優勢是具有很高的數據壓縮比,在同等圖像質量的條件下,H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。上海普賽頓張宇帆介紹說:“H.264算法在處理模糊圖像時可起到互通的作用,對由于帶寬等原因導致部分圖像丟失的視頻流來說,通過H.264算法可推算出原來比較清晰的圖像。”不過,H.264編解碼技術仍有很多局限,還不能很好滿足應用,張宇帆也承認:“在目前來說,H.264的互通推算修復技術實現起來還是比較難。”
在安防應用中,如何找到更加優化的壓縮算法是當前的緊迫要務,艾博信總經理杜建英認為,“對于編碼問題,當前的研究方向還是如何利用H.264或更加先進的H.265編碼算法,從而在保證畫質的情況下,更大地降低碼流。當前在廣電IPTV領域,已經有些私有壓縮算法可以達到300Kbps支持全動感D1畫面,2Mbps支持1080P全動感畫面。如果能夠將其借鑒到監控領域,那么壓縮算法應該在保證畫面質量的情況下,還可以降低一倍,從而達到1Mbps高清畫質水平。”不過,根據安防行業發展的特殊性,發展和應用H.265壓縮算法的可能性更大,也更實際。國際電聯ITU和MPEG組織曾發布公告,為H.265設定的技術性能指標是:壓縮效率比H.264提高1倍、且不明顯提高編碼和解碼的計算量。但聯盟對H.265的草案遲遲不定,何時出臺尚未可知。天地偉業瞿關明認為:“在當前的數字圖像技術的背景下,編碼技術是影響圖像質量的瓶頸之一,如果出現一種壓縮比高、圖像損失小的編碼算法,當然會一定程度上解決因為壓縮導致的圖像模糊問題,不過要實現這種算法,通常需要更高的運算代價,所以還需要硬件技術的更新來滿足這樣的算法。”
編解碼壓縮算法的演進過于緩慢,與高速發展的安防行業相比,遠遠不能滿足需求,所謂人挪活樹挪死,各廠家為了使自己的產品在軟件處理性能方面更加優越,都在原有編解碼壓縮算法的基礎上附加一些優化算法,目前常見的附加編解碼優化算法有:
帶寬調節技術:研發此類技術的廠家較多,如上海普賽頓的AAS帶寬調節技術,可在監控畫面為靜態時系統采用低幀率傳輸,只有畫面有動作時幀率才恢復默認值;
敏感區域處理技術:此類技術對算法的要求很高,目前能成功應用的廠家不多。該算法以降低運算的數據量為原則,通過減少分析區域降低軟硬件的負荷和帶寬壓力,即系統先對監控畫面進行學習,然后分析出哪些是固有的靜態畫面然后記錄下來,并在監控過程中不斷學習,學習后的分析系統只會對畫面中的動態部分進行分析和傳輸,而對靜態部分不進行分析,從而降低運算量和帶寬占用量。因為系統要不斷地學習和分析,復雜程度可想而知。艾博信的杜建英指出:“視頻編碼技術始于電視廣播領域,而電視廣播領域的畫面往往都是全動感畫面,整體畫面的運動部分往往達到80%(主持人播放新聞是例外情況),所以直接照搬算法往往導致碼流過大,DSP資源浪費??紤]到大部分監控只有30%的動感畫面,所以很多監控壓縮算法都是改良/優化的視頻壓縮算法。無論是標清還是高清,很多DVR、DVS、IP攝像機廠商為了最大限度地利用DSP的處理能力,從而過度‘優化’壓縮編碼算法,實則簡化了編碼的復雜度。這樣一來,在靜止圖像時壓縮質量尚可行,一旦畫面中運動目標過多,則導致整體壓縮質量下降。”
抽插幀技術:視頻流在經過多次編解碼和遠程傳輸后,容易出現幀排列位置偏移現象,在回放時,因各幀位置不一致,快速播放時就會有重影、細節霧狀、邊緣模糊情況,此問題可通過幀調整來保證圖像清晰呈現,此類技術的代表如??低?/a>的“暢顯引擎“技術等;
低照度優化:低照度呈現,考量更多的是硬件的性能,但也有廠家通過軟件的提升,軟硬件相結合從而獲得更高畫質的夜間效果,此類技術的研發廠家較多,如安訊士的“覓光者”就是其中的代表:這是一種面向低照度的專用智能技術,在光照正常的環境下,攝像機能夠保持正常的成像效果;而當光線變暗,如晝夜轉換時,“覓光者”技術將使畫面保持彩色、流暢和清晰的低照度成像,此時,光圈大小、白平衡、快門速度等都會在“覓光者”系統的協調下自動調節。
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