数字视频监控核心技术

    数字视频监控相关产品的技术和产业化发展是近几年来国内安防行业的一个热点,通过国内整个行业的不断努力,目前数字监控的技术水平达到了国际先进水平,开始直接参与国际竞争,同时产品已经开始进入国际市场。我们在国际市场上的竞争力来源于掌握了相关的核心技术。因此,核心技术决定了产品在市场上的竞争力。

一、视频压缩算法

1、H.264压缩算法

目前压缩算法分为两大类:标准算法和专用算法。标准算法为国际组织ISO/ITIj发布,早期的JPEG压缩比太小,传输网络带宽要求过高:后期MPEG1算法压缩比有所提高,但是还不能适应目前宽带网络的需求:近两年来MPEG4/H.263的推广使得远程传输成为可能。专用算法为一些专业公司开发的压缩技术,通用性较差,性能也千差万别,针对网络传输的算法可以支持低带宽网络,但是图像效果不令人满意。

2、H.264压缩算法的实现难度

H.264算法分为:Baseline Profih、Main Profile、Extended Profile和High Profile四层。H.264算法与以前的算法相比,在算法复杂度上H.264Baseline Profile是以前MPEG-4的2倍左右,H.264Mainprofi l e是MPEG-4的lO倍以上,而High Profile复杂度最高在压缩码流方面,Baseprofile低于MPEG-4近1040%,Main Pro-file低于MPEG-4的一半。可以看出,实现H.264Main Profile算法后可以使视频码流降低一半,可以实现CIF格式视频在普通的ADSL上实时连续传输,即使在网络有波动的情况下也不会受到影响；同时由于H.264算法具有网络编码层和网络传输层结构，这样对于普通的宽网络和无线网络的适应性大大加强,不会由于网络的误码影响传输的质量。

3、H.264压缩算法的实现平台

在JPEG和MPEG-1/2的时代,压缩芯片以ASIC芯片为主,从MPEG-4开始压缩芯片已经过度到DSP时代,使用ASIC芯片的产品越来越少。这是由于芯片处理能力逐步提高,可以适应算法的不断优化,但ASIC技术产品化周期长,已经无法适应目前算法进步的步伐。

由于DSP体系结构的限制,面对复杂的H.264算法实现低成本的实时压缩已经非常困难。在算法和芯片技术成熟以后,未来的主流压缩平台应该是ASIC的天下,当然ASIC和DSP技术相结合的芯片,同样具有诱惑力,能够适合未来算法发展的需要。

二、图像预处理和后处理技术

1、图像滤波

目前最严重的问题之一是摄像头干扰问题,中低档的摄像头比较明显,特别在低照度的环境中干扰对图像质量有非常大的影响。根据分析主要有两种噪声会影响视频质量。一种是相邻色素之间产生的伪颜色噪声:另一种是由于信号强度而产生的泊松噪声(会影响物体的边缘清晰度)。一般滤波器的工作原理是先做低通滤波,然后再做高通滤波。从频谱上分析,物体的边缘成分在做低通的时候己经损失掉了一部分,尽管在高通后通过一定的处理可以还原大部分,但实际上它已经不能够达到最理想的效果。

这些噪点随着产品型号和工作再境向小同。由于多数视频压缩算法是通过前后帧图像的差异实现压缩,因此这种随机噪点对压缩的影响非常大,有的时候甚至造成码流成倍上升,将压缩算法的优点全部掩盖.

2、图像的其他处理技术

对于全幅图像（Full D1）的处理有一个重要问题,全幅图像是由前后两场图像数据合成的,如果图像运动比较快,就会造成两场的图像差别较大,运动快的部分图像有了一定的位移,这样就造成合成的图像在运动快的部分图像边缘形成锯齿效应。而采用了De-interlace技术较好的解决了这个问题。同时,在解码回放的时候也可以应用了De Block技术,排除了由于解码而造成的各种干扰,可以使得图像还原效果提升了一个层次。

三、网络技术

1、组网技术

目前绝大多数视频组网有两个特点:一是采用集中式:二是采用私有控制协议。集中式可靠性和扩展性差,对于小规模视频应用尚可,但对于较大的城域范围甚至更大的应用范围,视频接点成千上万,集中方式的中心节点将不堪重负,网络非常脆弱。由于采用私有控制协议,己有的视频组网只能一个系统应用于一个工程,一个工程一个设计的格局费时费力、不能互通,形成视频应用的"孤岛",维护管理和升级都非常复杂。

2、网络传输技术

从目前的应用情况来看,面向实用的系统面临两大难题,即视频服务质量和网络信息安全问题。即使在宽带网络上由于没有有效的Qos机制,很难保障高质量的视频连续传输。网络信息安全是另一个限制数字视频应用发展的因素,目前的广域网络上没有一个有效的安全保障机制,这样就大大限制了网络视频应用的领域。

3、网络协议

从产业化角度来考虑，由于IP地址资源的限制和目前网络的体系结构，很大程序上约束了大容量系统的建设和应用，实现几路视频的网络传输是一回事,建立、管理一个数千路视频应用则是另外一回事,因此,在目前的网络技术体系下这几乎是不可能的。网络协议IPv6是未来发展的重要方向,IPv6支持网络地址自动配置和动态域名服务、安全认证、数据安全、服务质量保证:支持DHCP/PPPoE等多种网络协议,支持组播功能。

四、智能化技术

智能化技术是与应用领域紧密结合的技术,可以针对各种应用环境的特点开发出不同类型的应用技术,提升产品的适应力。例如:图像识别:实时图像识别是对视频的图像压缩序列进行实时处理,来达到不同;应用环境的要求:目标类型识别用于识别目标的类型、位置,进一步可以实现人像匹配、车辆分析(颜色、车型、车牌)；目标自动跟踪技术是通过对移动目标的识别,自动控制摄像机来跟踪目标的移动,监视目标的整个移动过程。这些智能化工作方式在

多种应用环境下都很有价值。图像分析:移动目标的分析技术是通过对画面中移动目标的识别,分析统计目标的类型、流量、运动方向、速度等信息,可以用于交通道路指挥自动化以及重要场合自动检测分析,也可以用于环境监控中的自动化监测报警。