現(xiàn)在，視頻監(jiān)控架構主要有三種方式：模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控和網絡監(jiān)控。模擬監(jiān)控多采用模擬攝像機+監(jiān)控矩陣的方式，數(shù)字監(jiān)控多采用模擬攝像機+DVR的方式，就具體應用來說，模數(shù)混合架構，即模擬攝像機+監(jiān)控矩陣+DVR的方式較常見，并已被廣泛采用;隨著圖像壓縮存儲技術和網絡傳輸技術的發(fā)展，能夠滿足大多數(shù)市場需求的網絡監(jiān)控模式(網絡攝像機+平臺/NVR)已成為市場主流。
對于視頻監(jiān)控而言，圖像清晰度是一個至關重要的指標。只有圖像清晰度上去了，才能使用戶體驗更好，智能應用等業(yè)務準確性更高。而今，高清這個概念已經在市場的角逐中廣為使用。近年來，視頻壓縮技術的發(fā)展(以H.264為代表)和網絡帶寬的不斷提升為高清在視頻監(jiān)控領域的普及提供了契機。
高清的實現(xiàn)，必然要求視頻監(jiān)控解決方案的各環(huán)節(jié)：視頻采集、視頻編碼壓縮、視頻傳輸、視頻存儲、視頻數(shù)字信號的控制與交換、視頻瀏覽、錄像文件的回放等都支持高清，并且這些環(huán)節(jié)幾乎都對視頻編解碼有所要求。視頻采集，考慮到高清的數(shù)據量，很多時候會選擇將采集下來的圖像進行一定程度的近似無損的壓縮(JPEG或M-JPEG多被采用);視頻傳輸和視頻序列的數(shù)據量有著直接的關系，分辨率越大、清晰度越高，意味著在進行數(shù)據傳輸?shù)臅r候碼流也會增大，因而視頻壓縮效率越高越能夠提高傳輸?shù)腝oS;數(shù)據流量的增大也增加了視頻存儲的壓力，視頻的編碼壓縮率直接影響到視頻的存儲容量;視頻的瀏覽和視頻編解碼的質量直接關聯(lián)，清晰度越高，可以容忍的瑕疵也會越少;錄像文件的回放和網絡適應性、視頻編解碼的質量掛鉤?？梢姡咔逶谝曨l監(jiān)控中普及的關鍵在于視頻編解碼的質量、壓縮率以及網絡適應性。其中，對編解碼最核心的需求是：在盡可能降低碼率的同時，使獲得盡可能好的圖像質量。
2003年，由IEO/IEC和ITU—T兩大國際標準化組織聯(lián)手推出的視頻標準H.264能更好地滿足了這一要求。H.264也稱為MPEG4-Part10，相較于以前的視頻編解碼，可以達到更低的碼率，更好的圖像質量，更好的IP和無線信道適應性。H.264性能得到大幅提升的同時，計算復雜度也大大增加。
H.264較其他視頻編解碼標準的優(yōu)勢
1、支持更小的塊(最小可到4×4)和更細的運動矢量(Y分量為1/4像素)。宏塊被切分成更多尺寸更小的小塊，這樣使細小的運動可以更容易地被區(qū)分出來，使得運動矢量的精度得以提高，提高了編碼質量與效率，節(jié)省了碼流。
2、幀內預測。不適合運用運動估計的地方，就采用幀內估計用來消除空間冗余。幀內預測并不是H.264所獨有的，但是相對其它編碼標準中的幀內變換是在變換域中進行，而H.264的幀內預測是在空間域中進行的。首先根據其周圍的宏塊內部估計通過在一個預定義的集合上的不同方向的鄰近塊推測相鄰像素來預測當前塊。然后預測塊和真實塊之間的不同點被編碼。這種方法對于經常存在空間冗余的平坦背景特別有用，可以節(jié)省碼流和提高編碼質量。
3、整數(shù)DCT4x4變換與量化。MPEG-2、MPEG-4、H.263使用浮點DCT8X8變換。H.264使用更小的4×4塊，可以減少塊效應和明顯的人工痕跡。整數(shù)系數(shù)消除了在MPEG-2、MPEG-4、H.263中進行浮點系數(shù)運算時導致的精度損失。在量化上，量化步長的變化不象以前視頻編解碼標準中的每次遞增一個常量，而是將量化步長的變化幅度控制在12.5%左右，即可以改善編碼質量，又提高對碼率的控制能力。
4、熵編碼。H.264提供了兩種可選方式的熵編碼模式：全局UVLC(即UVLC：Universal VLC)和基于語法的上下文自適應二值算術編碼CABAC(Context Adaptive Binary Arithmetic Coding)。UVLC使用一個相同的碼表進行編碼，而解碼器很容易識別碼字的前綴，UVLC 在發(fā)生比特錯誤時能快速獲得重同步。UVLC計算復雜度較低，主要針對對編碼時間要求很嚴格的應用，缺點就是效率低，壓縮率不高;CABAC其編碼性能比 UVLC有提升，但復雜度較高。
5、多參考幀的運動補償和加權預測。使用多幀運動補償可以提高編碼質量和效率，且有利于恢復丟包。加權預測可用于修正P幀或B幀內中的運動補償預測像素的方法，可以提高編碼質量。
6、環(huán)內濾波。視頻編解碼器中加入濾波器的方法有兩種：環(huán)外濾波器和環(huán)內濾波器。環(huán)外濾波器只處理編碼環(huán)路外的顯示緩沖器中的數(shù)據，所以它不是標準化過程中的規(guī)范內容，在標準中只是可選項。相反，環(huán)路濾波器處理編碼環(huán)路中的數(shù)據。在編解碼器中，被濾波的圖像幀作為后續(xù)編解碼幀運動補償?shù)膮⒖紟?在解碼器中，濾波后的圖像輸出顯示。這要求所有與本標準一致的解碼器采用同一個濾波器以與編碼器同步。當然如果有必要，解碼器也還可以在使用環(huán)路濾波器的同時使用后置濾波器。由于考慮了塊數(shù)據的邊界等信息，環(huán)內濾波器的效果要好于環(huán)外濾波器。H.264采用了環(huán)內濾波器，通過對宏塊邊緣的平滑濾波, 減輕視頻編碼中的塊效應，既減弱“塊效應”的影響又避免濾掉圖像的客觀特征, 同時在相同主觀質量下使比特率減少 5%-10%。[nextpage]
2005年增加的H.264 high profile，由于其更高的編碼壓縮率和網絡適應性，被很多應用領域關注，其中包括高清視頻監(jiān)控、高清網絡攝像機、智能監(jiān)控、無線監(jiān)控等。
H.264 High Profile是目前H.264各種profile中編碼最高效的Profile。在H.264 Main Profile的基礎上增加了8×8幀內預測、自定義量化矩陣、無損視頻編碼、支持輸入圖像為YUV400格式。與其它標準相比，在相同失真率條件下H.264 High Profile的編碼效率提高了50%左右。其中對提升編碼壓縮率的主要有：CABAC編碼、多參考幀、8×8幀內預測、8×8DCT變換。
H.264能更好地適應網絡的多樣性
在概念上可以分為兩層：視頻編碼層(VCL: Video Coding Layer)和網絡提取層(NAL : Network Abstraction Layer)。VCL和NAL分層編碼設計的目標就是使H.264標準對各種網絡協(xié)議有更廣泛的適應性，并在一定的網絡特性條件下實現(xiàn)最優(yōu)壓縮性能。VCL和NAL在功能上是分工協(xié)作的關系，VCL負責基于塊的運動補償混合編碼。而NAL專門負責網絡的適配，包括為視頻編碼信息提供文件頭信息，以適當?shù)姆绞綄σ曨l數(shù)據進行打包和傳送。即以NAL包為單位的方式來做為VCL編解碼的基本單元，這樣網絡層拿到NAL包之后只需附加該傳輸協(xié)議的頭信息就可以傳送出去。可以將NAL當成是一個專做數(shù)據封裝的模塊，用來將VCL壓縮過的H.264碼流封裝成適當大小的數(shù)據包，并在數(shù)據包頭記載數(shù)據包的類型，每種類型分別對應到VCL中不同的編解碼工具。
在H.264標準中引入NAL層，其碼流結構對網絡的適應性更強，增加了差錯恢復能力。在這種分層結構中，高編碼效率和網絡友好性的任務分別由VCL和NAL來完成。利用這種特性，還可以實現(xiàn)對數(shù)據的封裝和對數(shù)據進行更好的優(yōu)先控制。
NAL層的另一個重要功能是當網絡狀況發(fā)生惡化時，導致NAL包丟失或者接受次序錯亂時，接收方可以根據預設的方案，進行相應的糾錯處理。H.264規(guī)范中一共規(guī)定了12種NAL單元的類型，來定義不同的NAL內容，這樣當發(fā)生錯誤時，調度層就可以根據不同的NAL類型做不同的處理操作。這一功能在可靠性較低的網絡中，特別有用。
結語
考慮到H.264 High Profile較諸其他編解碼協(xié)議在圖像質量、數(shù)據壓縮性能和網絡適應性的壓倒性的優(yōu)勢，采用H.264 High Profile的產品會有更大的競爭力，在不遠的將來，H.264 High Profile必然成為視頻監(jiān)控、高清網絡攝像機的事實標準。這也對監(jiān)控行業(yè)提出了新的要求，去深入理解并引入H.264 High Profile。
a&s傳媒是全球知名展覽公司法蘭克福展覽集團旗下的專業(yè)媒體平臺，自1994年品牌成立以來，一直專注于安全&自動化產業(yè)前沿產品、技術及市場趨勢的專業(yè)媒體傳播和品牌服務。從安全管理到產業(yè)數(shù)字化，a&s傳媒擁有首屈一指的國際行業(yè)展覽會資源以及豐富的媒體經驗，提供媒體、活動、展會等整合營銷服務。
粵公網安備 44030402000264號
