【安防知識網】視頻壓縮標準介紹

　　MPEG(Moving Pictures Experts Group，運動圖片專家組)是在ISO(國際標準化組織)和IEC(國際電工委員會)內運作的一個工作組。自從1988年開始活動以來，MPEG已經編制了ISO/IEC11172(通常所說的MPEG-1)和ISO/IEC13818(通常所說的MPEG-2)國際標準，其中包括用于服務器和網絡會話的標準協(xié)議DSM-CC(Digital storage media command and control，數(shù)字存儲媒體命令與控制)。MPEG壓縮標準是針對運動圖像而設計的，基本方法是在單位時間內采集并保存第一幀信息，然后就只存儲其余幀相對第一幀發(fā)生變化的部分，以達到壓縮的目的。MPEG壓縮標準可實現(xiàn)幀之間的壓縮，其平均壓縮比可達50：1，壓縮率比較高，且又有統(tǒng)一的格式，兼容性好。MPEG標準主要有以下五個，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。

　　MPEG-7(它的由來是1+2+4=7, 因為沒有MPEG-3、MPEG-5、MPEG-6)于1996年10月開始研究。確切來講，MPEG-7并不是一種壓縮編碼方法，其正規(guī)的名字叫做“多媒體內容描述接口”，其目的是生成一種用來描述多媒體內容的標準，這個標準將對信息含義的解釋提供一定的自由度，可以被傳送給設備和電腦程序，或者被設備或電腦程序查取。MPEG-7并不針對某個具體的應用，而是針對被MPEG-7標準化了的圖像元素，這些元素將支持盡可能多的各種應用。建立MPEG-7標準的出發(fā)點是依靠眾多的參數(shù)對圖像與聲音實現(xiàn)分類，并對它們的數(shù)據庫實現(xiàn)查詢，就像我們今天查詢文本數(shù)據庫那樣。它可應用于數(shù)字圖書館，例如圖像編目、音樂詞典等;多媒體查詢服務，如電話號碼簿等;廣播媒體選擇，如廣播與電視頻道選取;多媒體編輯，如個性化的電子新聞服務、媒體創(chuàng)作等。本文用到的查詢基礎就是運用MPEG-7的功能。

　　常見視頻管理軟件的綜合分析

　　當前常見視頻管理軟件主要有以下特點：1.視頻采集和視頻管理合一。一般單位使用的視頻管理軟件就是由視頻采集卡制造商所提供的軟件來代替，這樣就使得一個軟件擁有雙重的作用。2.視頻管理功能簡單。這種由視頻采集卡制造商提供，稱與板卡匹配較好的軟件往往是帶有實時監(jiān)控功能，而且在軟件設計和開發(fā)階段都是把視頻采集的軟件部分以及實時監(jiān)控部分作為該軟件工程的核心工作來做，而文件的管理基本上都只能進行相對簡單的查找、復制。3.管理軟件的使用范圍小。由于這款軟件是針對某一個品牌的視頻采集卡即硬件專門設計制作的，因此這類管理軟件大多只能管理這一特定硬件(視頻采集卡)所收集到的視頻文件。對復合型監(jiān)控系統(tǒng)(所謂復合型視頻系統(tǒng)，就是由多種視頻采集軟件和硬件所組成的系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)分多期建設的單位，這種復合型視頻系統(tǒng)普遍存在。)所產生的視頻文件不能有效地管理。

　　間斷錄像的精確定位的實現(xiàn)

　　精確定位系統(tǒng)框架

　　典型視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般包含如下幾個部分：

　　·前端采集：現(xiàn)場(前端)采集實時監(jiān)控信號，設備包括攝像機、麥克風或電話和視音頻光端機(發(fā)散端)。視頻信號、音頻信號和設備開關量信號，通過高速網絡發(fā)送給監(jiān)控中心;

　　·控制中心：控制中心負責管理各監(jiān)控單元的云臺方向、攝像頭焦距、設備運轉情況、響應報警信號。設備包括電視墻、視頻光端機(接收端)、視頻分配器、視頻矩陣;

　　·數(shù)據備份、服務中心：數(shù)據備份、服務中心負責視頻圖像的壓縮和存儲，并提供廣域網的查詢、控制功能。設備包括磁盤陣列、核心交換機、web 服務器、視頻服務器。

　　根據以上主要組成部分，本文所要討論的軟件主要是從數(shù)據備份、服務中心出發(fā)，可以得到系統(tǒng)結構圖如圖1(控制中心部分不作考慮)。

　　1、視頻分析

　　視頻分析主要包括視頻查找和視頻的簡單分析，這一過程主要是要得到視頻文件的具體內容描述和視頻摘要。視頻文件的內容描述主要是為了得到視頻文件的大小并為不同格式的視頻文件在MPEG-7的統(tǒng)一視頻壓縮格式下形成新的文件奠定基礎。摘要描述在該軟件的設計構思中主要是為了得到該文件的錄制的時間(常用視頻采集軟件一般把開始錄制時間作為文件名)。如：文件名為220070625171710.MPH的視頻文件，通過其文件名可以得到的信息有該文件名的頭兩位，02代表的意思是第二通道，后面的20070625代表錄制年/月/日是2007年6月25日最后八位識字171710代表的是錄制的時/分/秒即表明是17時17分10秒。當然，文件名的排列順序不一定都一樣，最可能發(fā)生變化的是通道序號，通道序號也經常出現(xiàn)在年月日和時分秒的中間，不管是哪種文件名生成方式，我們都可以通過文件名得到很多有用的信息，這也是視頻文件檢索的基礎。

　　2、精確定位過程

　　該過程是整個軟件的核心內容，旨在實現(xiàn)用戶提出的精確查找要求。一般，常用的視頻管理軟件采用的是范圍比較大、相對模糊的查找，即給軟件一個時間段，管理軟件就會將含有該時間段的視頻文件全部列出給用戶。這是個一對多的過程，特別是對于不連續(xù)的錄像文件的檢索更是不能滿足用戶的要求。而精確定位的過程是根據用戶提出的一個準確的時間點反饋給一個確定的信息，這個信息不是一個視頻文件，而是某個視頻文件的用戶給予的時間點。

　　主要模塊的實現(xiàn)

　　1、查詢與提交

　　查詢有兩種含義：一是查詢與視頻內容相關的概念。這種查詢比較抽象，一般常使用基于文字或關鍵字的搜索方法;二是查詢視頻文件名的方式，這種查詢方式比較具體，更適合數(shù)碼監(jiān)控系統(tǒng)的文件查詢。這里我們以0220070625171710.MPH這一個視頻文件為查找目標對查詢過程進行描述，要實現(xiàn)這一過程，必須使用該視頻文件的后一個文件0220070625172235.MPH作為對比，其具體過程如圖2所示。

　　設定用戶條件時間為第2通道2007年6月25日17點20分22秒，接收用戶信息為0220070625172022，經過與數(shù)據庫中數(shù)據的對比得到查詢結果為0220070625171710.MPH這一視頻文件。

　　2、精確定位算法

　　這里所說的定位不是簡單的鎖定某個錄像文件，而是要在已查找到的錄像文件中精確到某一個時間點，精度要求能達到秒。其過程描述如下：

　　首先，接收查詢過程所提到的文件0220070625171710.MPH，得到文件大小10.78M;讀取采集斷數(shù)據25幀/秒得到64K/秒的容量。其次，按1024/64=16計算，1M的視頻文件計算位16秒的時間，得到0220070625171710.MPH該文件的時間大約為172.48秒，以秒為精度點，約為173秒。最后，根據上文所說的監(jiān)控系統(tǒng)視頻文件名生成規(guī)則，讀取后六位，則該文件的停止錄像時間為17點20分03分。例如：用戶要查找的時間為2007年6月25日17點18分13秒，則要將播放器開始播放錄像的時間焦點指向第63個點，這樣就完成錄像內的準確定位。

　　3、后臺數(shù)據庫

　　目前大部分的數(shù)據庫管理系統(tǒng)(DBMS)開始支持存儲視頻文件等數(shù)據，如Oracle9i,Tamino,Xindice等。然而因為視頻數(shù)據本身的復雜性，存儲并管理描述視頻特征的MPEG-7文件還是相當困難。該系統(tǒng)使用Oracle9i組織、存儲和管理MPEG-7視頻摘要數(shù)據。