【安防知識(shí)網(wǎng)】綜合評(píng)估現(xiàn)有各類視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)性能和城市監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)條件和需求的基礎(chǔ)上，具體而言，AVS為公安監(jiān)控網(wǎng)上的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)具有以下優(yōu)勢(shì)：AVS代表了先進(jìn)的視頻編碼技術(shù)，其編碼效率為MPEG-2的2倍以上，與AVC/H.264處于同一水平，可見，AVS已經(jīng)步入國(guó)際視頻壓縮的先進(jìn)水平行列;實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，經(jīng)大致估算，AVS解碼復(fù)雜度相當(dāng)于AVC/H.264的30%，編碼復(fù)雜度為AVC/H.264的70%，易于軟硬件的實(shí)現(xiàn);能夠保證信息安全，AVS的專利技術(shù)大多由我國(guó)自主持有，相關(guān)產(chǎn)品無需依賴國(guó)外進(jìn)口，可以從源頭上杜絕盜竊、濫用和泄漏國(guó)家機(jī)密的可能。同時(shí)，AVS專利授權(quán)模式簡(jiǎn)單，專利費(fèi)用低廉(遵循1元人民幣的原則)。

　　MPEG-4 SP(Simple Profile)主要針對(duì)低復(fù)雜度、低比特率的視頻通信應(yīng)用，目前MPEG-4 SP是視頻監(jiān)控網(wǎng)上目前使用最為廣泛的編碼標(biāo)準(zhǔn)。如上所述，AVS有望在今后成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的主導(dǎo)編碼標(biāo)準(zhǔn)，但其大規(guī)?；瘧?yīng)用尚需時(shí)日，故構(gòu)建高效MPEG-4到AVS轉(zhuǎn)碼器可以緩解目前AVS視頻碼流緊缺的壓力，實(shí)現(xiàn)AVS標(biāo)準(zhǔn)的平穩(wěn)過渡。針對(duì)公安視頻監(jiān)控網(wǎng)對(duì)資源整合的需求，我們將參照下面的要求構(gòu)建MPEG-4到AVS轉(zhuǎn)碼器：

　　充分利用城市范圍內(nèi)現(xiàn)有的各類圖像資源，通過開發(fā)多功能轉(zhuǎn)碼器將分布在城市各處的具有不同圖像編碼格式、不同接入帶寬的圖像監(jiān)控系統(tǒng)連接起來;

　　轉(zhuǎn)碼器能夠支持主流的視頻編碼格式標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)控網(wǎng)上通用的圖像尺寸;

　　轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出圖像碼率的控制;

　　轉(zhuǎn)碼后的圖像質(zhì)量損失小;

　　出于安全性考慮，對(duì)監(jiān)控圖像的訪問和瀏覽必須是實(shí)時(shí)的，從而要求轉(zhuǎn)碼器轉(zhuǎn)碼速度不得低于25fps。

　　在上文中，筆者介紹了常見的幾種轉(zhuǎn)碼方案，在表1中則列舉各自的優(yōu)點(diǎn)與缺陷以便明確它們的最合適應(yīng)用場(chǎng)景。

　　如表1所示，不同的轉(zhuǎn)碼方案在技術(shù)性能方面各有優(yōu)缺點(diǎn)?；谛枨鬀Q定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原則，下文對(duì)照AVS轉(zhuǎn)碼器的性能需求逐步找到我們最需要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

表1  常見轉(zhuǎn)碼方案比較

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　　在表2中，筆者逐項(xiàng)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)碼器的性能需求給出了最佳的轉(zhuǎn)碼器參考結(jié)構(gòu)。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，中選次數(shù)最多的參考轉(zhuǎn)碼器是重解重編方案和頻域閉環(huán)方案。再次對(duì)兩者進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)碼速度似乎成為頻域閉環(huán)方案優(yōu)于重解重編方案的唯一理由。但這“唯一的優(yōu)點(diǎn)”似乎也有限制：MPEG-4使用8×8DCT，AVS使用8×8類DCT整數(shù)變換，故基于變換域的編碼操作(MC、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、圖像降采樣等)并不能直接實(shí)施，需要首先完成MPEG-4 DCT系數(shù)到AVS整數(shù)變換系數(shù)的映射，這勢(shì)必延長(zhǎng)頻域閉環(huán)方案轉(zhuǎn)碼時(shí)間;DCT-MC的快速實(shí)現(xiàn)與輸入圖像特征有關(guān)，當(dāng)圖像區(qū)域運(yùn)動(dòng)劇烈時(shí)，DCT系數(shù)矩陣稀疏程度并不高，故會(huì)大大增加矩陣元素運(yùn)算的次數(shù)，這也會(huì)延長(zhǎng)頻域閉環(huán)方案轉(zhuǎn)碼時(shí)間。

表2  轉(zhuǎn)碼需求vs.參考方案

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　　基于上述分析，我們采用基于像素域閉環(huán)方案的快速轉(zhuǎn)碼器體系，其主要特征包括：

　　對(duì)輸入MPEG-4碼流完全解碼，以得到各類編碼信息用于后續(xù)AVS編碼;

　　在進(jìn)行AVS編碼前，根據(jù)轉(zhuǎn)碼應(yīng)用需求，進(jìn)行相應(yīng)的跳幀處理和空域降采樣濾波，并且遵循時(shí)間域處理在前、空間域處理在后的原則;

　　與時(shí)間域/空間域圖像處理相伴隨，根據(jù)解碼得到的編碼信息合成候選運(yùn)動(dòng)向量并決定輸出宏塊的候選編碼模式;

　　對(duì)輸入視頻流進(jìn)行AVS編碼，在候選運(yùn)動(dòng)向量、宏塊編碼模式之上，進(jìn)行小范圍的運(yùn)動(dòng)信息修正和精化，并隨之完成編碼過程。

　　我們將所有測(cè)試序列以384kbps的碼率編碼為MPEG-4碼流后，使用固定量化參數(shù)(QP=36)轉(zhuǎn)碼為AVS碼流，同樣的設(shè)置也應(yīng)用于對(duì)比實(shí)驗(yàn)中。此處對(duì)比的對(duì)象為重解重編方案，其編碼模塊基于參考軟件RM5.2c。圖2為轉(zhuǎn)碼前后圖像視覺效果對(duì)比圖。

　　從圖1中可以看出，轉(zhuǎn)碼前后主觀圖像質(zhì)量并無顯著下降。在轉(zhuǎn)碼效率方面，由于采用了多項(xiàng)快速轉(zhuǎn)碼策略，使得與級(jí)聯(lián)型轉(zhuǎn)碼器相比，AVS編碼時(shí)間不及前者的10%，在多路并行轉(zhuǎn)碼應(yīng)用中，完全能夠滿足實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼需求。然而，由于并未在轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)中進(jìn)行完備的基于率失真模型的宏塊模式選擇，另外復(fù)用的運(yùn)動(dòng)向量精度欠佳，故與重解重編方案相比，客觀圖像質(zhì)量與前者相比相差0.5dB-1.5dB。

圖1  轉(zhuǎn)碼效果示意圖

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