視頻監(jiān)控在邁入高清后，擁有全新畫質(zhì)體驗(yàn)的同時(shí)，也出現(xiàn)了一系列諸如帶寬有限、顯示壓力大、存儲(chǔ)成本高等現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。視頻編碼技術(shù)的發(fā)展為解決上述高清監(jiān)控問(wèn)題帶來(lái)了新的方法。通過(guò)編碼方式的改進(jìn)，可以極大地提升高清視頻的應(yīng)用性，使之能適應(yīng)更多的監(jiān)控場(chǎng)景。

　　監(jiān)控行業(yè)已步入高清時(shí)代

　　近年來(lái)，高清監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，視頻監(jiān)控已經(jīng)由“看得見(jiàn)”的標(biāo)清視頻安保系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而向“看得清”的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展。2011年作為監(jiān)控領(lǐng)域高清產(chǎn)品的爆發(fā)年，越來(lái)越多的廠商加入到這個(gè)領(lǐng)域，推出了一系列的高清視頻監(jiān)控產(chǎn)品，前端鏡頭廠商、芯片廠商基于高清視頻的方案也是層出不窮。市場(chǎng)方面，在交通、卡口等領(lǐng)域，高清方案已經(jīng)逐漸普及，傳統(tǒng)監(jiān)控領(lǐng)域高清所占市場(chǎng)份額也在逐步增大，據(jù)國(guó)際權(quán)威電子行業(yè)研究機(jī)構(gòu)IMS RESEARCH發(fā)布的報(bào)告表明，未來(lái)五年內(nèi)，高清監(jiān)控產(chǎn)品所占市場(chǎng)份額將會(huì)超越傳統(tǒng)的標(biāo)清監(jiān)控產(chǎn)品。

　　高清視頻監(jiān)控帶來(lái)的問(wèn)題

　　高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)使圖像清晰度有了質(zhì)的飛躍，但是也給高清監(jiān)控系統(tǒng)帶來(lái)了一系列現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。高清監(jiān)控要解決的三大核心問(wèn)題是：帶寬問(wèn)題、顯示問(wèn)題、存儲(chǔ)問(wèn)題。

　　帶寬問(wèn)題：由于目前網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，高清視頻帶來(lái)的高碼率成為其最大的推廣瓶頸。如何用盡可能低的碼率傳輸盡可能高質(zhì)量的視頻是高清監(jiān)控需要解決的首要問(wèn)題。同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，不同的網(wǎng)絡(luò)具有不同的信道特性，不同的用戶享受到的網(wǎng)絡(luò)帶寬也不相同，甚至同一用戶的帶寬也可能是隨時(shí)變化的。隨著監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展，各種用戶終端都有連接監(jiān)控視頻的需要，如局域網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)帶寬較為理想，用戶希望瀏覽高質(zhì)量的視頻;而手機(jī)監(jiān)控領(lǐng)域由于帶寬有限，用戶更看重的是低碼率下的視頻流暢性。如何適應(yīng)這些不同的帶寬環(huán)境也是高清監(jiān)控設(shè)備需要解決的問(wèn)題。

　　顯示問(wèn)題：相對(duì)于標(biāo)清視頻，高清視頻的信息量大為豐富，相應(yīng)的對(duì)解碼顯示性能要求也大大提高，如目前主流的PC機(jī)可以輕松實(shí)現(xiàn)8路D1標(biāo)清視頻的解碼顯示，但若前端是1080P高清視頻，只能勉強(qiáng)解碼顯示1路。對(duì)于大型視頻監(jiān)控平臺(tái)，若全部使用高清視頻，服務(wù)器解碼壓力會(huì)很大。

　　存儲(chǔ)問(wèn)題：圖像分辨率的提升，必然會(huì)消耗更大的存儲(chǔ)空間。以1920×1080@30幀視頻為例，利用H264的編碼算法，為保證清晰度，碼流需保持在6Mbps以上，約為標(biāo)清視頻的4-8倍。在標(biāo)清視頻條件下，一臺(tái)16路DVR內(nèi)置8快2T硬盤即可滿足長(zhǎng)時(shí)間視頻存儲(chǔ)需求，而在高清監(jiān)控中，這一時(shí)間將被大大縮短，即會(huì)帶來(lái)存儲(chǔ)成本的增加。

　　視頻編碼技術(shù)在高清監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　視頻編碼技術(shù)的發(fā)展為解決上述高清監(jiān)控問(wèn)題帶來(lái)了新的方法。通過(guò)對(duì)編碼方式的改進(jìn)，可以極大地提升高清視頻的應(yīng)用性，使之能適應(yīng)更多的監(jiān)控場(chǎng)景。

　　業(yè)界某企業(yè)一直致力于高清視頻監(jiān)控設(shè)備的研發(fā)與推廣，在視頻壓縮核心算法方面取得了多項(xiàng)技術(shù)突破，目前已在產(chǎn)品中應(yīng)用的有感興趣區(qū)域壓縮編碼技術(shù)、可伸縮編碼技術(shù)和“智能前端”動(dòng)態(tài)編碼自適應(yīng)技術(shù)。[nextpage]

　　感興趣區(qū)域壓縮編碼技術(shù)(ROI)：視頻壓縮比和視頻質(zhì)量是一對(duì)矛盾體，壓縮比越高，視頻損失越多，相應(yīng)的視頻質(zhì)量也就越差。但人們?cè)谟^看監(jiān)控視頻時(shí)，通常只對(duì)某一個(gè)特定區(qū)域感興趣(通常為視頻中央?yún)^(qū)域)，這一區(qū)域內(nèi)的圖像要盡可能清晰，其他部分圖像可以相對(duì)模糊一些?；谏鲜鲆?，圖像感興趣區(qū)域壓縮編碼技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，即在圖像中對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行無(wú)損壓縮或近無(wú)損壓縮,而對(duì)背景區(qū)域進(jìn)行有損壓縮。這樣既可使得重構(gòu)圖像有較高的視頻質(zhì)量,又可得到較高的壓縮比,很好地解決了壓縮比和圖像質(zhì)量之間的矛盾。

　　如上圖所示，圖片1為原始圖像; 圖片2由未經(jīng)過(guò)ROI處理的普通視頻編碼算法壓縮生成，明顯看到，由于視頻壓縮帶來(lái)的損失，整個(gè)畫面已經(jīng)變得模糊;對(duì)監(jiān)控更感興趣的面部圖像進(jìn)行了ROI處理，編碼得到圖片3?？梢钥吹奖尘皡^(qū)域的清晰度和圖片2相似，但由于對(duì)面部進(jìn)行了ROI處理，保存了更多的細(xì)節(jié)，視覺(jué)上相比圖片2更為清晰。在高清設(shè)備中，使用高壓縮比的方式進(jìn)行壓縮，而對(duì)監(jiān)控感興趣的中央?yún)^(qū)域采用ROI技術(shù)進(jìn)行處理，就可以得到較低碼率、高視覺(jué)清晰度的視頻。

　　可伸縮視頻編碼技術(shù)：是通過(guò)將單一碼流分為若干層實(shí)現(xiàn)的。如果視頻編碼器經(jīng)過(guò)一次性壓縮后產(chǎn)生的碼流能被解碼端以不同的碼率、幀率、空間分辨率和視頻質(zhì)量解碼，則稱該編解碼系統(tǒng)具有“可伸縮性”。從這個(gè)定義可以看出，可伸縮編碼只需對(duì)視頻節(jié)目源編碼一次，即可通過(guò)傳輸、提取和解碼相應(yīng)部分的壓縮碼流，重構(gòu)出各種分辨率、碼率或者質(zhì)量級(jí)別的視頻。這種編碼方式與目前使用的聯(lián)播編碼方式相比，滿足各種不同需要的能力更強(qiáng)，編碼效率也大大提高。

　　如圖4所示，編碼器提供的單一碼流具有可伸縮特性，能夠自動(dòng)適應(yīng)用戶網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和終端設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)帶寬較好的環(huán)境下可傳輸高分辨率、高質(zhì)量的視頻，而如手機(jī)監(jiān)控這樣的低帶寬環(huán)境下，只傳輸?shù)头直媛实痛a流的視頻。

　　可伸縮視頻編碼的基本思想描述如下：編碼器將視頻序列編碼成一個(gè)基本層和多個(gè)增強(qiáng)層，如圖5所示。基本層具有最低視頻質(zhì)量，增強(qiáng)層可以改善基本層質(zhì)量。高清監(jiān)控設(shè)備可以根據(jù)帶寬及終端需求選擇發(fā)送數(shù)據(jù)量。例如空間可伸縮編碼應(yīng)用中，手機(jī)視頻的分辨率較小，這時(shí)就沒(méi)有必要傳輸較多的增強(qiáng)層(對(duì)應(yīng)于較高空間分辨率)，而只需傳輸適合手機(jī)分辨率的基本層即可。接收端根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，解碼出相應(yīng)質(zhì)量的視頻。接收到的增強(qiáng)層越多，解碼的視頻質(zhì)量越好。通常假設(shè)基本層數(shù)據(jù)低于最小傳輸帶寬，所以解碼端總是可以解碼出最低質(zhì)量的視頻。通過(guò)使用采用了可伸縮視頻編碼技術(shù)的高清視頻編碼器，可以自適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下的視頻監(jiān)控需求，帶寬問(wèn)題不再是困擾;同時(shí)解碼端也可以根據(jù)自身解碼能力選擇只解基本層視頻還是解碼更多的增強(qiáng)型視頻，很好地緩解了顯示高清視頻時(shí)解碼顯示能力不足的問(wèn)題。

　　“智能前端”動(dòng)態(tài)編碼自適應(yīng)技術(shù)：通過(guò)“感興趣區(qū)域編碼技術(shù)”和“可伸縮視頻編碼技術(shù)”的應(yīng)用，高清監(jiān)控視頻中網(wǎng)絡(luò)帶寬和解碼顯示能力的壓力大為減輕，但占用存儲(chǔ)空間大的問(wèn)題并沒(méi)有得到本質(zhì)解決。智能視頻分析技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了解決這一問(wèn)題的新途徑。監(jiān)控行業(yè)中大部分視頻是冗余的，用戶更關(guān)注的是發(fā)生異常事件時(shí)的特定視頻，“智能前端”高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，和智能分析算法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)越界、拌線、區(qū)域停留等十余種行為分析。正常狀態(tài)下“無(wú)關(guān)緊要”的視頻流采用標(biāo)清格式錄像，而一旦有異常狀態(tài)發(fā)生，自動(dòng)切換至高清錄像，既保證了監(jiān)控視頻的細(xì)節(jié)，又不會(huì)對(duì)存儲(chǔ)造成過(guò)大的壓力，同時(shí)，還提高了有效視頻的檢索效率。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，可以節(jié)省30%-50%的存儲(chǔ)空間。

　　結(jié)語(yǔ)

　　視頻編碼技術(shù)的進(jìn)步給高清監(jiān)控帶來(lái)了新的發(fā)展，有效地緩解了高清視頻監(jiān)控在網(wǎng)絡(luò)帶寬、解碼顯示能力、存儲(chǔ)資源上遇到的瓶頸，成為了監(jiān)控行業(yè)全面高清化最有力的助推力量。一些安防廠商以技術(shù)領(lǐng)先型企業(yè)為定位，堅(jiān)持高清化、智能化的發(fā)展方向，發(fā)揮其在視頻編碼方面的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不斷開(kāi)拓創(chuàng)新，服務(wù)社會(huì)，服務(wù)用戶，力助安防行業(yè)高清化的全面發(fā)展