淺析高清監控中的圖像處理技術的介紹

圖像處理之視頻編碼

當前端的傳感器采集完視頻信號之后，就進入圖像編碼這個環節，目前主流的編碼技術包括H.264和M-JPEG以及MPEG4等幾種編碼格式，其中以H.264應用最為廣泛。H.264/AVC是由ITU-T VCEG與ISO/IEC MPEG組成的聯合專家行動組JVT共同制定并于2003年5月發布的視頻編解碼標準，在ITU-T體系內被稱為H.264，在ISO/IEC體系內被稱為MPEG4 part10 - AVC，所以通常被稱為H.264/AVC或簡稱H.264。

H.264/AVC標準制定的目標是能夠在相對上一代廣泛使用的MPEG4視頻編碼標準降低一半以上碼率的前提下提供相當的圖像質量，同時覆蓋到更大范圍的碼率、幀率及分辨率等應用場合，并提高對于網絡傳輸的適應性，即能在各種不同條件網絡和系統上(例如組播、存儲、RTP/IP包網絡、無線網絡)工作。?對于面向安防領域的高清視頻監控應用，H.264編解碼標準相比MPEG2、MPEG4 part2等有多方面的優勢。

更高的壓縮率

眾所周知，高清應用最大的問題在于需要數倍于以往標清的數據傳輸帶寬和存儲容量。僅以分辨率換算，相同幀率的720P像素點數為D1的2倍有余，1080P則為4倍左右。如果繼續使用傳統的MPEG4編解碼算法，達到可接受清晰度的D1視頻一般需要5Mbps以上碼率。以此計算，高清應用的巨大數據量負荷是現有系統難以承受的，成本也會極為高昂。H.264壓縮算法包含了眾多先進的壓縮技術，例如1/4像素運動補償(Quarter Pixel Motion Compensation)、環路濾波(Loop Filter)、幀內空域預測(Spatial Intra Prediction)、上下文自適應變長編碼(CAVLC)、上下文自適應算術編碼(CABAC)、多種變換類型(4x4 Transform、8x8 Transform)等，相對于MPEG4大幅度提高了壓縮比，數據量能夠減少一半甚至更多，為高清應用提供了有力的保障。

更清晰的檔次、級別定義

H.264標準在制定之初就充分考慮各種應用場合，定義了清晰嚴謹的檔次(Profile)與級別(Level)。嚴謹的檔次和級別劃分能夠為解碼器與編碼器之間的性能匹配提供依據，帶來更好的兼容性。

目前較為多見的是面向普通場合的基本檔次(Baseline Profile)，以及部分主檔次(Main Profile)應用。而對于希望獲得更高壓縮率的高清需求，H.264還提供高壓縮比及支持更大位深的高檔次(High Profile)，目前應用較為少見。級別主要限制碼率、幀率/分辨率等圖像相關屬性，不同級別會影響存儲空間等系統資源的需求。一般情況下標清主要使用Level3及以下級別，200W像素的高清則需要Level4及以上級別。H.264的級別明確定義到Level 5.1，支持的碼率達到240Mbps，因此能夠滿足未來相當長時間內的主流應用。必須指出的是，編碼使用高檔次和級別在提升壓縮效率的同時也對解碼設備性能提出了更高要求，導致低能力的解碼設備無法支持，所以需要權衡考慮。

相比而言，MPEG4 part2等標準由于制定時間較早，標準主要面向D1及以下分辨率進行定義，沒有充分針對高清應用設計相應的檔次和級別，因此在高清分辨率時存在未經定義的兼容隱患。

三種不同壓縮格式的比較表如下所示：

項目H.264MPEG4MJPEG

同碼流畫質優中差

復雜度高中低

網絡傳輸速度快中慢

以天地偉業最新研發的第三代壓縮編碼技術為例，可以實現在2M的碼流下傳輸720P的高清圖像，而且對后端PC解碼壓力要求也比較低，并且對網絡延時也做了專門的優化，可以控制延時在300ms之內。