支持監控視頻高效壓縮與識別的IEEE 1857標準

　　對于每一個P幀的宏塊，除使用現有編碼方法外，可以選擇性的使用“最近參考幀與背景圖像的差分結果”來對“當前宏塊與其對應背景差分結果”進行預測編碼，這種預測編碼方式我們定義為差分編碼方式。當前宏塊編碼為差分方式時，三處選擇開關如圖4所示;否則，將三處開關切換至另一端即為現有混合編碼框架中的編碼方式。　　

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　　第五，在使用不顯示輸出的背景幀做參考圖像時，為了保證運動矢量預測值的計算過程不發生除零錯誤并且提高預測值的準確性，AVS-S2改進了亮度運動矢量導出算法，對直接或間接參考不顯示輸出的背景幀時的運動矢量預測過程進行了特殊處理。

　　第六，為了保證在編碼不顯示輸出的背景幀時不產生解碼緩沖區溢出和播放停頓，AVS-S2改進了緩沖區檢測機制，將不顯示輸出背景幀跟其后一幀綁定移出緩沖區。

　　第七，AVS-S2中沿用了AVS-S的提高抗誤碼性的技術如靈活條帶集、核心圖像、受限DC模式、支持各類監控標記的語法元素、非參考P幀以及改進型的運動矢量縮放、自適應加權量化等技術改進。

　　集成背景建模和可選差分技術的監控視頻編碼框架如圖5。這一方案的重要貢獻是實現了模型編碼(背景建模和前景編碼)與現行標準的有機結合，為在現行視頻編碼標準中納入模型編碼方法開辟了一個有效途徑?！　?/p>

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　　集成上述所有技術的AVS監控視頻編碼標準已經作為AVS視頻標準獨具特色的一個檔次，于2013年頒布為IEEE 1857國際標準。IEEE AVS標準中的監控檔次(即AVS-S2)是AVS既有技術的集大成者，是全球第一個面向視頻監控的國際標準。

　　以十個典型監控視頻作為測試序列，將AVS-S2和國際標準H.264的高級檔(High Profile)、AVS國家標準基準檔(GB/T 20090.2-2006)和2012年發布的AVS廣播檔(AVS+)進行對比，對比軟件均采用這些標準最新版本的參考軟件。表1是AVS監控檔次相對于其它三個標準的碼率節省情況。從表中可以看出，在壓縮這些監控視頻序列時，AVS-S2與其它三個標準檔次相比，平均碼率節省都超過了50%，即編碼效率是它們的兩倍。

　　基于背景建模的編碼方法實質上是消除常規標準沒能消除的“場景冗余”，因此同樣用于提高其它視頻編碼標準的效率。我們將這套方法增強即將頒布的國際標準HEVC(H.265)，同樣用上述十個監控視頻序列和HEVC參考軟件進行對比，實驗表明能將HEVC的碼率平均再降低44.78%，而且復雜度降低46.53%，即用約一半的復雜度實現了編碼效率的翻番，壓縮效率達到現行國際標準H.264的近四倍。我們正在將這套方法用到正在制定AVS2標準中(稱為AVS2-S)，預計在監控視頻編碼方面比HEVC高一倍，這是國際范圍內監控視頻編碼效率的最高水平。

　　結束語

　　從1996年我國專家第一次參加視頻編碼國際標準ISO/IEC MPEG會議算起，我國在追趕和超越視頻編碼國際標準方面已經走過17年的歷程。2002年AVS標準工作組的成立是我國在這一領域走向自主發展的標志性事件。如果說2006年GB/T 20090.2視頻編碼國家標準的頒布是我國打了一個漂亮的翻身仗的話，2013年IEEE批準AVS則是AVS全面走向國際的新里程碑。

　　IEEE AVS中獨具特色的一個部分是針對視頻監控應用的檔次AVS-S2。AVS-S2的編碼效率是H.264/AVC的兩倍，而且編碼復雜度只有后者的二分之一。這套消除監控視頻“場景冗余”的背景建模技術還能將H.265/HEVC國際標準的效率提高約一倍，在監控視頻編碼領域遙遙領先，標志著我國的視頻編碼技術和標準在視頻監控領域已經實現跨越。

　　在AVS-S2碼流中，已經可以基本判斷出各個編碼宏塊的類別(前景塊、背景塊、邊緣塊)，基于這個信息進行前景對象檢測跟蹤，能夠在提高分析速度的同時降低誤識率。以行人檢測為例，目前行人檢測算法普遍存在的問題是易受背景的干擾，另外面向單張圖片的行人檢測算法因為性能問題而無法有效地擴展到視頻序列中。利用AVS-S2編碼提供的背景圖像，對原始視頻提取前景，得到每個前景區域中的外接矩形，然后再利用變形部件模型做行人檢測。實驗結果顯示，在檢測精度為90%時，召回率比基于單張圖片的行人檢測算法提高了6個百分點，同時速度提高了70%。

　　監控視頻已占據全球“大數據”的半壁江山，AVS-S2標準的出臺為大幅度降低監控視頻的傳輸和存儲成本創造了巨大的技術和產業機遇，希望我國視頻監控產業行業能夠在國家相關部門大力支持下，抓住這個機遇，同樣實現跨越發展。

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