【安防知識(shí)網(wǎng)】針對(duì)安防產(chǎn)業(yè)的特殊需求，國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心正研究相關(guān)AVS-S視頻編解碼技術(shù)，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果，并已提出了相關(guān)技術(shù)提案。對(duì)于這幾項(xiàng)技術(shù)下面做以簡(jiǎn)單介紹。

　　1.基于區(qū)域的變質(zhì)量視頻編碼算法

　　在視頻監(jiān)控應(yīng)用中，重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域的圖像細(xì)節(jié)對(duì)于調(diào)查取證至關(guān)重要。然而傳統(tǒng)的編碼方法對(duì)整體圖像進(jìn)行無(wú)差異性的編碼，造成了存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬的浪費(fèi)。針對(duì)這一特殊需求，國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心研究了基于區(qū)域的變質(zhì)量視頻編碼算法，采用了使不同權(quán)重區(qū)域具有不同質(zhì)量的分級(jí)量化機(jī)制，防止量化系數(shù)劇烈跳變的過(guò)渡帶機(jī)制及提升感興趣區(qū)域率失真斜率的“棋盤(pán)格式”算法。該算法所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：在傳輸帶寬或者存儲(chǔ)容量一定的情況下，優(yōu)先保證感興趣區(qū)域的編碼質(zhì)量，同等碼率下，感興趣區(qū)域的主客觀質(zhì)量都得到大幅提升，并且通過(guò)過(guò)渡帶和感興趣區(qū)域內(nèi)部的優(yōu)先級(jí)設(shè)定，使得感興趣區(qū)域和背景區(qū)域之間的質(zhì)量控制更加精細(xì)。

　　其中，所采取的具體技術(shù)方案如圖1所示，將編碼圖像分為背景區(qū)域、ROI(感興趣區(qū)域)和過(guò)渡帶區(qū)域三個(gè)部分，三個(gè)區(qū)域部分可分別采用不同的量化機(jī)制，并且背景區(qū)域和ROI的量化值是由用戶(hù)手動(dòng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其余的可以通過(guò)該算法的量化參數(shù)計(jì)算方法計(jì)算得到。在ROI區(qū)域采用類(lèi)似國(guó)際象棋棋盤(pán)的區(qū)域分塊方法，使區(qū)域中每個(gè)小塊量化參數(shù)與相鄰的縱向和橫向的小塊不同，但與斜向上的小塊相同。

圖1  　區(qū)域量化參數(shù)設(shè)置示意圖

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　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，左圖為按照傳統(tǒng)方法編碼后的結(jié)果，右圖為集成了基于區(qū)域的變質(zhì)量視頻編碼算法后的編碼結(jié)果。對(duì)于感興趣區(qū)域圖像細(xì)節(jié)質(zhì)量的優(yōu)劣是顯而易見(jiàn)。

圖2 　在128Kbits/s碼率下，foreman序列第2幀的編碼效果圖

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　　該算法提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)：首先，在傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間有限的情況下，本算法優(yōu)先保證感興趣區(qū)域的圖像質(zhì)量;其次，復(fù)雜度不大。該算法沒(méi)有增加任何高復(fù)雜度的編碼模塊，不會(huì)帶來(lái)復(fù)雜度上的提高，復(fù)雜度傳統(tǒng)編碼方式相當(dāng)。

　　2.基于區(qū)域的變解析度視頻編碼算法

　　在某些安防應(yīng)用情況下，對(duì)特定監(jiān)控對(duì)象需要具備不同的采樣清晰度，然而現(xiàn)有的編解碼方法無(wú)法提供基于區(qū)域的不同采樣清晰度問(wèn)題。相應(yīng)地，國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心進(jìn)行了基于區(qū)域的變解析度視頻編碼算法。

　　本算法所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)空域增強(qiáng)層編碼需要傳輸大量比特的問(wèn)題，結(jié)合感興趣區(qū)域的編碼方法，提供基于感興趣區(qū)域的一種低碼率空域增強(qiáng)層編碼方法，以減小空域增強(qiáng)層碼率，保證空域增強(qiáng)層感興趣區(qū)域視頻信息的質(zhì)量。

　　其技術(shù)方案是：從基本層載入感興趣區(qū)域信息，并根據(jù)感興趣區(qū)域信息對(duì)增強(qiáng)層的原始輸入圖像進(jìn)行剪切，對(duì)剪切后得到的感興趣區(qū)域編碼。針對(duì)安防監(jiān)控的特殊需求，本算法從增強(qiáng)層提取感興趣區(qū)域進(jìn)行編碼，而忽略其它非關(guān)鍵區(qū)域的圖像，從而減小空域增強(qiáng)層碼率，保證空域增強(qiáng)層感興趣區(qū)域視頻信息的質(zhì)量。[nextpage]

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，左圖采用的是一般方法的AVS P2編碼效果，右圖采用了融合了基于區(qū)域的變解析度視頻編碼算法后改進(jìn)的方法。對(duì)比這兩幅圖像，當(dāng)兩者所使用的比特率基本相當(dāng)時(shí)，右圖的人臉區(qū)域明顯具備更加清晰的采樣解析度，能提供更多的細(xì)節(jié)信息，從而提高感興趣區(qū)域部分的質(zhì)量。

圖3  news序列第2幀的編碼效果圖

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　　上述12兩種方法，與一般視頻編碼器相比，在充分節(jié)省帶寬的條件下，能提供更高的局部質(zhì)量清晰度，滿(mǎn)足安防調(diào)查取證以及智能分析的需求。

　　3.時(shí)域分級(jí)編碼算法

　　同時(shí)，對(duì)于傳輸帶寬減少時(shí)的情況，國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心進(jìn)行了對(duì)時(shí)域分級(jí)編碼算法的研究，通過(guò)調(diào)整幀率來(lái)適應(yīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)狀況。可分級(jí)算法能提供靈活的分辨率、幀率和質(zhì)量的碼流結(jié)構(gòu)，能更好地滿(mǎn)足大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求。如圖4所示為該算法利用層次B幀的編碼示意圖。

圖4  圖像組大小為8時(shí)利用層次B幀技術(shù)編碼過(guò)程示意圖

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　　本算法所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)安防領(lǐng)域的特殊需求，制定一種針對(duì)雙幀參考視頻流的快速時(shí)域可伸縮編碼實(shí)現(xiàn)方法，該方法能夠與非可伸縮視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相兼容，并且能夠比較明顯提高編碼效率。

　　該算法的技術(shù)方案是：基本層采用I幀或P幀圖像編碼類(lèi)型，增強(qiáng)層采用的是B幀圖像編碼類(lèi)型，通過(guò)對(duì)圖像組中的各編碼幀進(jìn)行時(shí)域?qū)哟螛?biāo)注，并且在編碼B幀過(guò)程中根據(jù)時(shí)域?qū)哟渭?jí)別來(lái)搜索獲取當(dāng)前編碼B幀的兩個(gè)參考幀，參考幀可以是I幀或P幀，也可以是B幀，這樣就使得碼流幀率按照2的整數(shù)次冪的倍數(shù)進(jìn)行伸縮。

　　實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖5所示，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，該算法可以快速實(shí)現(xiàn)雙幀參考視頻流的時(shí)域可伸縮編碼，使得碼流的幀率能夠按照2的整數(shù)次冪的倍數(shù)進(jìn)行伸縮，并且與原編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，能夠較大幅度提高編碼效率。

圖5  foreman序列第7幀的測(cè)試結(jié)果圖

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　　該算法提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)：它提供的是一種快速實(shí)現(xiàn)雙幀參考視頻流的時(shí)域可伸縮編碼的方法，所述雙幀參考視頻流是基于B幀為雙幀參考的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，利用這種方法編解碼后生成的碼流具有時(shí)域可分級(jí)性，其幀率能夠適時(shí)調(diào)整;和一般丟棄B幀的做法相比，具備更好的編碼性能。

　　4.面向全天候環(huán)境的優(yōu)化編碼技術(shù)的應(yīng)用

　　夜間視頻圖像和普通監(jiān)控圖像相比噪點(diǎn)很多，壓縮后的碼率非常大，需要采用不同于普通的編碼模式。AVS-S可根據(jù)光線(xiàn)環(huán)境，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)編碼模式。其特殊的夜間編碼模式，可大大提高編碼壓縮效率、節(jié)約帶寬和存儲(chǔ)空間。[nextpage]

　　圖6是夜間的監(jiān)控圖像，左圖是采用普通編碼技術(shù)后的解碼圖像，右圖是AVS-S的解碼圖像。兩幅圖像主觀質(zhì)量相近，而右圖即AVS-S的夜間模式技術(shù)則可以節(jié)省40%以上的帶寬，同時(shí)也可以節(jié)省了40%以上的存儲(chǔ)空間。

圖6  夜間視頻壓縮圖像對(duì)比圖

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　　5.總體視頻編解碼體系結(jié)構(gòu)

　　為了適應(yīng)安防監(jiān)控的特殊需求，國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心研究了一種視頻編解碼體系結(jié)構(gòu)。其所要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是：提出一種視頻序列編解碼體系結(jié)構(gòu)，主要解決與傳統(tǒng)編碼方式的兼容問(wèn)題，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的傳輸問(wèn)題，如何保證感興趣區(qū)域圖像質(zhì)量的問(wèn)題，如何適應(yīng)不同光照條件和天氣狀況下的圖像編碼問(wèn)題，以及編碼信息的安全性問(wèn)題。如圖7(a)、圖7(b)所示。

圖7(a)  一種視頻編碼體系結(jié)構(gòu)圖   

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圖7(b)  另一種視頻解碼體系結(jié)構(gòu)圖

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　　該視頻編解碼體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案為：本體系結(jié)構(gòu)包括基本層編碼模塊、編碼控制模塊、增強(qiáng)層編碼模塊三部分。其中：基本層編碼模塊的圖像通過(guò)上采樣作為增強(qiáng)層參考幀或?qū)娱g預(yù)測(cè)削除基本層與增強(qiáng)層之間的信息冗余;編碼控制模塊根據(jù)感興趣區(qū)域策略控制基本層與增強(qiáng)層中感興趣區(qū)域的編碼方式，通過(guò)光線(xiàn)模式判斷控制基本層和增強(qiáng)層中支持全天候編碼模塊;增強(qiáng)層編碼模塊采用分層技術(shù)在以上各編碼模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)增強(qiáng)層輸入視頻流的編碼。

　　該視頻編解碼體系結(jié)構(gòu)既能實(shí)現(xiàn)基本層對(duì)現(xiàn)有視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的兼容，又可以滿(mǎn)足安防監(jiān)控應(yīng)用對(duì)視頻編碼的特殊要求。