H.264標(biāo)準(zhǔn)在軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、H.264標(biāo)準(zhǔn)在軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要主要介紹h.264編碼標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),以及它在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。h.264編碼標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)將每個(gè)視頻幀分離成塊,剩余空間冗余,與其他現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比,在相同帶寬下提供更加良好的圖像質(zhì)量。使用h.264標(biāo)準(zhǔn),在同等圖像質(zhì)量下的壓縮效率比以前的標(biāo)準(zhǔn)提高2倍以上,因此該標(biāo)準(zhǔn)被普遍認(rèn)為是最有影響力的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞h.264標(biāo)準(zhǔn)編碼壓縮視頻監(jiān)控系統(tǒng)城市軌道交通1h.264編碼概況2003年5月,國(guó)際電聯(lián)(itu)和peg標(biāo)準(zhǔn)組織is共同發(fā)布了h.264/peg4av視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。在2004年,h.264作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不僅應(yīng)用在不同的

2、行業(yè)中,而且涉及各個(gè)國(guó)家、各個(gè)組織。到2004年底,業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的一些大公司(如is、apple、envivi、tandberg、ply等)陸續(xù)發(fā)布了支持h.264編碼標(biāo)準(zhǔn)的媒體服務(wù)平臺(tái)及解決方案,而其他半導(dǎo)體公司(如brad,nexant,lsilgi,st)也陸續(xù)發(fā)布了h.264專用解碼芯片的樣片和最新成果。h.264/peg4av(h.264)是1995年自peg2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后的最新、最有前途的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),其主要目標(biāo)是:與其他現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比,在相同帶寬下提供更加優(yōu)秀的圖像質(zhì)量。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn),在同等圖像質(zhì)量下的壓縮效率比以前的標(biāo)準(zhǔn)提高了2倍以上,因此被普遍認(rèn)為是最有影響力的行業(yè)標(biāo)

3、準(zhǔn)。2h.264編碼的技術(shù)優(yōu)勢(shì)h.264標(biāo)準(zhǔn)壓縮系統(tǒng)由視頻編碼層(vl)和網(wǎng)絡(luò)提取層(netrkabstratinlayer,nal)兩部分組成。vl包括vl編碼器與vl解碼器,主要功能是視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼和解碼,包括運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、變換編碼、熵編碼等壓縮單元;nal則用于為vl提供一個(gè)與網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的統(tǒng)一接口,負(fù)責(zé)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝打包后使其在網(wǎng)絡(luò)中傳送,采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式,包括單個(gè)字節(jié)的包頭信息、多個(gè)字節(jié)的視頻數(shù)據(jù)與組癥邏輯信道信令、定時(shí)信息、序列結(jié)束信號(hào)等。包頭包含存儲(chǔ)標(biāo)志和類型標(biāo)志,其中存儲(chǔ)標(biāo)志用于指示當(dāng)前數(shù)據(jù)不屬于被參考的幀,類型標(biāo)志用于指示圖像數(shù)據(jù)的類型。vl可以傳輸按當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)情況調(diào)整的編碼

4、參數(shù)。h.264和h.261、h.263一樣,采用了dt變換編碼加dp的差分編碼,即混合編碼結(jié)構(gòu)。同時(shí),h.264在混合編碼的框架下引入了新的編碼方式,提高了編碼效率,更貼近實(shí)際應(yīng)用。h.264沒(méi)有煩瑣的選項(xiàng),力求簡(jiǎn)潔的“回歸基本”,它具有比h.263+更好的壓縮性能,又具有適應(yīng)多種信道的能力。h.264與以前的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(如h.263和peg4)相比,最大的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:(1)將每個(gè)視頻幀分離成由像素組成的塊,因此視頻幀的編碼處理過(guò)程可以達(dá)到塊的級(jí)別。(2)采用空間冗余的方法,對(duì)視頻幀的一些原始?jí)K進(jìn)行空間預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)換、優(yōu)化和熵編碼(可變長(zhǎng)編碼)。(3)對(duì)連續(xù)幀的不同塊采用臨時(shí)存放的方法

5、,這樣只需對(duì)連續(xù)幀中有改變的部分進(jìn)行編碼。該算法采用運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償來(lái)完成,對(duì)某些特定的塊,對(duì)一個(gè)或多個(gè)已經(jīng)進(jìn)行了編碼的幀執(zhí)行搜索,決定塊的運(yùn)動(dòng)向量,并由此在后面的編碼和解碼中預(yù)測(cè)主塊。(4)采用剩余空間冗余技術(shù),對(duì)視頻幀里的殘留塊進(jìn)行編碼。例如,對(duì)于源塊和相應(yīng)預(yù)測(cè)塊的不同,再次采用轉(zhuǎn)換、優(yōu)化和熵編碼。h.264的應(yīng)用目標(biāo)廣泛,可滿足各種不同速率、不同場(chǎng)合的視頻應(yīng)用,具有較好的抗誤碼和抗丟包的處理能力。3視頻編解碼在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用城市軌道交通視頻監(jiān)控一般分為兩級(jí)監(jiān)控:在地鐵站端要求監(jiān)視所有本站圖像,另外在監(jiān)控中心要求可以監(jiān)視下屬各地鐵站的情況?？紤]到資金投入的問(wèn)題,在中心端,一般不要求

6、同時(shí)看到所有地鐵站的所有圖像,而是采取兩種方式監(jiān)視:一是同時(shí)監(jiān)視各地鐵站的某幾路圖像,二是要求可同時(shí)看到某一個(gè)地鐵站的所有圖像或大部分圖像。需要從各地鐵站向監(jiān)控中心傳輸視頻數(shù)據(jù)。在各車站,各電視監(jiān)控?cái)z像機(jī)視頻信號(hào)通過(guò)同軸電纜將圖像上傳至本站控制室,控制信號(hào)通過(guò)雙絞線實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)的控制。視頻圖像經(jīng)過(guò)視頻分配器、視頻控制矩陣,傳送至車站控制室的監(jiān)視器(本地監(jiān)控用)和地鐵通信統(tǒng)一傳輸平臺(tái),然后傳送至控制中心(控制中心遠(yuǎn)程監(jiān)控);在控制中心和各車站均需設(shè)置視頻編解碼設(shè)備;利用軌道交通通信的傳輸平臺(tái),視頻圖像經(jīng)過(guò)編解碼設(shè)備,將模擬視音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸。結(jié)合h.264的技術(shù)優(yōu)勢(shì),視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)在視

7、頻監(jiān)控系統(tǒng)中有以下幾個(gè)方面應(yīng)用。1)壓縮率和圖像質(zhì)量城市軌道交通中的視頻監(jiān)控在傳輸系統(tǒng)中,為能和公務(wù)電話、調(diào)度電話、低速數(shù)據(jù)、ip數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)共同占用傳輸帶寬,在保證視頻圖像的質(zhì)量下,傳輸視頻所占用的帶寬需要盡可能少,要求視頻編解碼高效、壓縮率高。h.264能提供連續(xù)、流暢的高質(zhì)量圖像(dvd質(zhì)量)。在同等的畫(huà)質(zhì)下,h.264比上一代編碼標(biāo)準(zhǔn)peg2平均節(jié)約64%的傳輸碼流,比peg4asp要平均節(jié)約39%的傳輸碼流。這是全球數(shù)百名優(yōu)秀專家6年多的工作成果,也是自peg2以來(lái)視頻編碼技術(shù)又一次真正革命性的突破。對(duì)傳統(tǒng)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、變換編碼和熵編碼等算法的改進(jìn),使h.264的編碼效率和圖像

8、質(zhì)量在以往標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高。2)抗丟包和抗誤碼視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求穩(wěn)定的圖像質(zhì)量,對(duì)丟包和誤碼嚴(yán)重的情況下需要具備一定的抗干擾能力。h.264提供了解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生丟包等錯(cuò)誤的必要工具。參數(shù)集、片的使用、靈活的宏塊次序(f)、冗余片等關(guān)鍵技術(shù)的使用,可以大大提高系統(tǒng)的抗丟包和抗誤碼性能。3)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性為適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)合,h.264定義了視頻編碼層(vl)和網(wǎng)絡(luò)提取層(nal)。其中,vl功能是進(jìn)行視頻編解碼,包括運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè),變換編碼和熵編碼等功能;nal用于采用適當(dāng)?shù)母袷綄?duì)vl視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝打包,使h.264的文件能容易地在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸,適應(yīng)性強(qiáng)。4)市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化

9、h.264是itu、peg、dvd、dvb、3gpp等工業(yè)化組織共同推進(jìn)的下一代視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),itu在電信領(lǐng)域,peg和dvd組織在家用數(shù)字av產(chǎn)品領(lǐng)域(如dvd、vd),dvb組織在數(shù)字電視領(lǐng)域(dtv、hdtv),3gpp在下一代移動(dòng)通信領(lǐng)域都有著不可撼動(dòng)的地位,這些組織均得到國(guó)際工業(yè)界數(shù)百家大公司的支持。因此,在這些行業(yè)巨擘的推動(dòng)下,h.264技術(shù)的應(yīng)用將迅速進(jìn)入視頻服務(wù)、媒體制作發(fā)行、固定及移動(dòng)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)開(kāi)發(fā)、設(shè)備終端制造、芯片開(kāi)發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域。4結(jié)語(yǔ)作為一種新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),h.264標(biāo)志著在視頻編碼技術(shù)上的不斷進(jìn)步,它在編碼效率、圖像質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)親和性和抗誤碼方面都取得了成功;h.

10、264大大降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬需要,同時(shí)其自適應(yīng)傳輸能力大大提高了系統(tǒng)抗抖動(dòng)性能,將顯著提高畫(huà)面質(zhì)量,更好地滿足軌道交通中視頻監(jiān)控系統(tǒng)所需要的視頻服務(wù)。參考文獻(xiàn)1ituth.241.extendedvidepreduresandntrlsignalsfrh.300seriesterinals.2003.2iegandt,sullivangj,etal.vervieftheh.264/avvidedingstandardj.ieeetrans,iruits,systvidetehnl,2003,13(7).3jerrygd.多媒體數(shù)字壓縮原理與標(biāo)準(zhǔn).李煜暉,等譯.北京:電子工業(yè)出版社,2000:2282304張麗.流媒體技術(shù)大全.北京:中國(guó)青年出版社,20015ba