淺析高清監(jiān)控中的圖像處理技術(shù)的介紹

圖像處理之視頻編碼

當(dāng)前端的傳感器采集完視頻信號(hào)之后，就進(jìn)入圖像編碼這個(gè)環(huán)節(jié)，目前主流的編碼技術(shù)包括H.264和M-JPEG以及MPEG4等幾種編碼格式，其中以H.264應(yīng)用最為廣泛。H.264/AVC是由ITU-T VCEG與ISO/IEC MPEG組成的聯(lián)合專家行動(dòng)組JVT共同制定并于2003年5月發(fā)布的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，在ITU-T體系內(nèi)被稱為H.264，在ISO/IEC體系內(nèi)被稱為MPEG4 part10 - AVC，所以通常被稱為H.264/AVC或簡(jiǎn)稱H.264。

H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)制定的目標(biāo)是能夠在相對(duì)上一代廣泛使用的MPEG4視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)降低一半以上碼率的前提下提供相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量，同時(shí)覆蓋到更大范圍的碼率、幀率及分辨率等應(yīng)用場(chǎng)合，并提高對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪m應(yīng)性，即能在各種不同條件網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)上(例如組播、存儲(chǔ)、RTP/IP包網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò))工作。?對(duì)于面向安防領(lǐng)域的高清視頻監(jiān)控應(yīng)用，H.264編解碼標(biāo)準(zhǔn)相比MPEG2、MPEG4 part2等有多方面的優(yōu)勢(shì)。

更高的壓縮率

眾所周知，高清應(yīng)用最大的問(wèn)題在于需要數(shù)倍于以往標(biāo)清的數(shù)據(jù)傳輸帶寬和存儲(chǔ)容量。僅以分辨率換算，相同幀率的720P像素點(diǎn)數(shù)為D1的2倍有余，1080P則為4倍左右。如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的MPEG4編解碼算法，達(dá)到可接受清晰度的D1視頻一般需要5Mbps以上碼率。以此計(jì)算，高清應(yīng)用的巨大數(shù)據(jù)量負(fù)荷是現(xiàn)有系統(tǒng)難以承受的，成本也會(huì)極為高昂。H.264壓縮算法包含了眾多先進(jìn)的壓縮技術(shù)，例如1/4像素運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償(Quarter Pixel Motion Compensation)、環(huán)路濾波(Loop Filter)、幀內(nèi)空域預(yù)測(cè)(Spatial Intra Prediction)、上下文自適應(yīng)變長(zhǎng)編碼(CAVLC)、上下文自適應(yīng)算術(shù)編碼(CABAC)、多種變換類型(4x4 Transform、8x8 Transform)等，相對(duì)于MPEG4大幅度提高了壓縮比，數(shù)據(jù)量能夠減少一半甚至更多，為高清應(yīng)用提供了有力的保障。

更清晰的檔次、級(jí)別定義

H.264標(biāo)準(zhǔn)在制定之初就充分考慮各種應(yīng)用場(chǎng)合，定義了清晰嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋n次(Profile)與級(jí)別(Level)。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋n次和級(jí)別劃分能夠?yàn)榻獯a器與編碼器之間的性能匹配提供依據(jù)，帶來(lái)更好的兼容性。

目前較為多見(jiàn)的是面向普通場(chǎng)合的基本檔次(Baseline Profile)，以及部分主檔次(Main Profile)應(yīng)用。而對(duì)于希望獲得更高壓縮率的高清需求，H.264還提供高壓縮比及支持更大位深的高檔次(High Profile)，目前應(yīng)用較為少見(jiàn)。級(jí)別主要限制碼率、幀率/分辨率等圖像相關(guān)屬性，不同級(jí)別會(huì)影響存儲(chǔ)空間等系統(tǒng)資源的需求。一般情況下標(biāo)清主要使用Level3及以下級(jí)別，200W像素的高清則需要Level4及以上級(jí)別。H.264的級(jí)別明確定義到Level 5.1，支持的碼率達(dá)到240Mbps，因此能夠滿足未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的主流應(yīng)用。必須指出的是，編碼使用高檔次和級(jí)別在提升壓縮效率的同時(shí)也對(duì)解碼設(shè)備性能提出了更高要求，導(dǎo)致低能力的解碼設(shè)備無(wú)法支持，所以需要權(quán)衡考慮。

相比而言，MPEG4 part2等標(biāo)準(zhǔn)由于制定時(shí)間較早，標(biāo)準(zhǔn)主要面向D1及以下分辨率進(jìn)行定義，沒(méi)有充分針對(duì)高清應(yīng)用設(shè)計(jì)相應(yīng)的檔次和級(jí)別，因此在高清分辨率時(shí)存在未經(jīng)定義的兼容隱患。

三種不同壓縮格式的比較表如下所示：

項(xiàng)目H.264MPEG4MJPEG

同碼流畫(huà)質(zhì)優(yōu)中差

復(fù)雜度高中低

網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快中慢

以天地偉業(yè)最新研發(fā)的第三代壓縮編碼技術(shù)為例，可以實(shí)現(xiàn)在2M的碼流下傳輸720P的高清圖像，而且對(duì)后端PC解碼壓力要求也比較低，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也做了專門(mén)的優(yōu)化，可以控制延時(shí)在300ms之內(nèi)。