從萬能解碼卡的誕生談漢邦高科DVR技術的發(fā)展

萬能解碼卡的誕生

  一、

    目前對于大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說，通常會采用多家的視頻產(chǎn)品。管理中心通常信號要上電視墻，而不同廠家的視頻壓縮標準不同，無法做到完全合一，很難實現(xiàn)集中一體化管理。

    漢邦最新推出了HB15系列DVR專用視頻編碼卡，該系列產(chǎn)品采用最新的DSP 芯片，提供了支持硬件解碼的全系列產(chǎn)品，完全解決了監(jiān)控中心電視墻的顯示障礙。本系列產(chǎn)品支持視頻輸出、VGA輸出，除了可以硬件解碼漢邦壓縮流以外，還可以支持其他各種壓縮標準的視頻流的輸出，以適應大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)的應用需要。

    這種解決大規(guī)模網(wǎng)絡監(jiān)控的產(chǎn)品被業(yè)內稱之為萬能解碼卡，深受大家的關注，眾多軟件廠商目前已經(jīng)開始了開發(fā)與應用。HB15系列DVR專用視頻編碼卡具體有兩種應用方式：

    漢邦數(shù)據(jù)流應用方式：

    數(shù)據(jù)來源：漢邦板卡、網(wǎng)絡視頻服務器或嵌入式DVR壓縮的文件或網(wǎng)絡實時視頻流
    HB1504D：最多支持6塊卡，實現(xiàn)24路CIF或12路D1的解碼輸出
    HB1524D：最多支持6塊卡，實現(xiàn)96路CIF（輸出24個4分隔）或24路D1的解碼輸出
    HB1504DE：最多支持4塊卡，實現(xiàn)16路CIF/D1的解碼輸出

    漢邦流應用方式：

    YUV數(shù)據(jù)流應用方式：

    數(shù)據(jù)來源：通過第三方軟件解碼得到YUV數(shù)據(jù)流
    HB1504D：最多支持1塊卡，實現(xiàn)4路CIF或2路D1的視頻輸出
    HB1504DE：最多支持4塊卡，實現(xiàn)64路CIF（輸出16個4分隔）或16路D1的視頻輸出

    應用方式：

    北京漢邦高科不僅在編碼卡上為大家提供了有效的技術支撐，在DVR板卡上也有極具競爭力的產(chǎn)品推出。從DVR技術的發(fā)展歷史來看，每兩年技術會有一個大的進步。2000-2002年是MPEG產(chǎn)品的時代，2003-2005年MPEG4產(chǎn)品占領了主流市場，2005年到現(xiàn)在H.264產(chǎn)品獨占鰲頭。每一次的技術進步都會帶了革命性的變化，產(chǎn)品的性價比會有50%以上的提升。

    2007年是一個技術更新?lián)Q代的時期，目前單芯片處理四路視頻的技術會有重要突破。隨著壓縮算法的進步和芯片技術的發(fā)展，單芯片處理八路視頻將逐步成為主流，這樣會對這個產(chǎn)業(yè)帶來巨大的變革，一方面CIF板卡將以8路和16路形態(tài)為主，一方面D1的板卡集成度也會大大提高。集成度提高帶來的優(yōu)勢十分明顯，單路成本會大大降低，可靠性也會有明顯提高。

   漢邦高科最新推出了HB18系列DVR專用視頻壓縮卡，該系列產(chǎn)品采用最新的TI DM645 DSP 芯片，嵌入高效的H.264壓縮算法及多路圖像處理的專利技術，形成了從CIF到FULL D1所有圖像質量等級、具有極高性價比的HB18系列產(chǎn)品。 

    HB18系列產(chǎn)品采用了最先進的技術，集成度有了很大提高，實現(xiàn)了TI DM645 DSP 單片壓縮8路CIF實時視頻,提供了目前世界上最小的單卡16路DSP實時壓縮產(chǎn)品。本系列產(chǎn)品全面支持PCI和PCI-Express接口，以適應不同應用的需要。從以下土可以看出兩代產(chǎn)品的明顯進步：

   

二、壓縮算法的發(fā)展

    H.264/AVC是最新的國際視頻編碼標準。由ITU-T和ISO/IEC兩個國際標準化組織聯(lián)合制定。并且在ITU-T將被最終通過為Recommendation H.264；在ISO/IEC，通過后，將被稱為國際標準14496-10（MEPG-4 第10部分）-高級視頻編碼（AVC）。

    HB18系列采用了H.264標準采用了很多新技術用來提高壓縮比降低碼流，主要是采用了高精度、多模式預測技術。H.264 標準針對網(wǎng)絡傳輸?shù)男枰�設計了視頻編碼層VCL和網(wǎng)絡提取層NAL結構，網(wǎng)絡抽象層是提供“網(wǎng)絡友好”的界面，從而使視頻編碼層能夠在各種系統(tǒng)中得到有效的應用。

    在算法優(yōu)化方面，項目針對CCD頭視頻的特點做了進一步的優(yōu)化處理，針對不同畫面特征設定不同參數(shù)，大部分參數(shù)可以實時調整。壓縮指標在圖像靜止不動或者變動很小的情況下碼流非常低，而變化到劇烈運動時候，碼流自動變高，同時保證圖像劇烈變化過程中不會導致圖像質量降低。同時針對DSP進行了大量的優(yōu)化工作，把DSP的并行處理能力發(fā)揮到了極致，這樣實現(xiàn)了8路CIF的壓縮效果。

    目前最嚴重的問題之一是CCD干擾問題，中低檔的CCD比較明顯，特別在低照度的環(huán)境中干擾對圖像質量有非常大的影響。這些噪點隨著產(chǎn)品型號和工作環(huán)境而不同。由于視頻壓縮算法是通過前后幀圖像的差異實現(xiàn)壓縮，因此這種隨機噪點對壓縮的影響非常大，有的時候甚至造成碼流成倍上升，將壓縮算法的優(yōu)點全部掩蓋。

    濾波主要采用兩種濾波方式：時間軸上的濾波與空間軸上的濾波。時間軸濾波采用運動自適應方式來去處偽顏色噪聲同時還原運動物體。空間軸濾波用來去除泊松噪聲同時強化物體邊緣。除此之外，還包括一套柱狀均衡器，它通過平滑亮度信號的突變來改善對比度。

    結合以上兩種技術，在幀間編碼的技術中主要采用了針對攝像頭主要環(huán)境特征即靜止圖像和圖像變化不大的情況下壓縮處理，這樣保證在正常情況下圖像都可以以高質量的水平保存，同時對硬盤的空間占用不是很大。另一方面，通過實時濾波技術的應用，使得在壓縮之前就排除了信號中的干擾，壓縮還原的圖像有很大的提高，同時也降低了碼流。

三、DVR壓縮產(chǎn)品圖像質量評估

    圖像質量的評估包括主觀評價和客觀評價兩個部分，這兩項指標同等重要，考察項目主要是以下幾個項目：

    1．圖像分辨率

    數(shù)字圖像的分辨率要考察水平和垂直兩個方面，水平和垂直分辨率對評價數(shù)字圖像質量同等重要，這是與模擬視頻不同的地方。

    2．圖像幀率

    數(shù)字圖像的幀率測試不能夠簡單采用數(shù)幀的方法，這樣的方法有很大的片面性，應該采用每幀都有標記的測試信號。

    3．圖像壓縮比

    由于通常的產(chǎn)品壓縮比是可以調節(jié)的，因此科學的方法是基于固定的壓縮參數(shù)下進行測試，防止在低壓縮比下測試，而在實際應用中設置為高壓縮比。

    4．圖像質量評價

    主要評價圖像還原質量（回放質量）的真實程度和等級。

    圖像質量主觀評價方法：

    主觀評價方面數(shù)字與模擬系統(tǒng)的評價重點不同：

    1、馬賽克效應：還原圖像中對于單色區(qū)域畫面還原存在的色塊。

    2、邊緣處理：對于圖像中的物體邊界還原的真實程度和線條（橫、豎、斜方向）還原的真實程度，主要考察邊界的對比度和變形情況。

    3、顏色平滑度：還原圖像中對于單色區(qū)域畫面還原后的顏色層次豐富程度。

    4、畫面的還原性：指畫面還原的真實性，包括畫面的完整性、是否存在色差、對還原圖像的整體接受程度。

    以上四項在對參考視頻的全部內容評測后作出綜合評價結果。

    5、快速運動圖像處理：考察快速運動參考源下圖像還原的連續(xù)性。

    6、低照度環(huán)境圖像處理：考察低照度環(huán)境圖像還原的清晰度。

    要求在測試時所有路必須同時接入視頻信號壓縮，同時要打開回放、圖標疊加、圖像運動偵測等功能。（不在滿負荷的狀態(tài)下不能測試出真實的數(shù)據(jù)）
    
    評價應該選擇專業(yè)人士和非專業(yè)人士共同組成的專家組來評價，對每個項目按照5分制打分。

  圖像質量客觀評價方法：

    圖像質量的客觀評價方法主要是考察圖像還原的分辨率和信噪比，就目前DVR產(chǎn)品而言由于國家沒有相應的標準，所以從技術上現(xiàn)在沒有一個有效的方法來測試準確的數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)在的條件切實可行的方法就是制作參考視頻源。

    參考視頻源的制作主要考慮數(shù)字圖像壓縮的特點和安防實際現(xiàn)場圖像特征，在制作的時候可以選擇不同應用領域的特征，這樣的檢測結果對于用戶選擇具有非常大的指導意義。

    對于視頻源的制作主要考慮監(jiān)控環(huán)境的特征，應該覆蓋固定鏡頭、慢速搖動鏡頭、快速搖動鏡頭、變焦等方面，參考視頻源應該包括以下內容，用于不同目的的測試：

    1、測試幀率視頻段：選取兩段錄像，分別為簡單圖像和快速運動圖像，圖像上每一幀上做好幀數(shù)標記。

    2、音視頻同步測試視頻段：采用普通攝像頭錄制錄像，錄像中包括聲音和圖像，可以識別出音視頻同步差異。

    3、分辨率測試視頻段：主要采用分辨率標準側視圖來測試。

    4、視頻質量檢測視頻段：

    無運動：固定鏡頭，畫面中應具有單色塊（如墻壁），具有橫、豎、斜方向的邊緣或線條，沒有運動物體。

    簡單運動：固定鏡頭，畫面中應具有單色塊（如墻壁），具有橫、豎、斜方向的邊緣或線條，有人在里面移動，人在畫面中所占的比例應在1/4到1/5。

    快速運動：固定鏡頭中目標快速移動（比如道路中的車輛），移動目標在畫面中所占的比例應在1/4到1/5，畫面中應具有單色塊，具有橫、豎、斜方向的邊緣或線條。

    低照度：夜間只能夠辨清物體形狀，有明顯的噪點。

    對于不同的產(chǎn)品按照實際使用的參數(shù)設置對標準視頻源壓縮，然后可以直接對比壓縮比，同時對每個特征可以進行相應比對。

    漢邦高科開發(fā)了客觀評價測試參考源，即DVR數(shù)字視頻圖像評測工具，這些內容制成了高清晰度DVD光盤，可以完成圖像質量客觀評價。

四、智能化監(jiān)控的發(fā)展與應用

    在HB18系列產(chǎn)品中未來將重點推出智能化系列，實現(xiàn)以下功能：

    目標檢測：提供目標的個數(shù)、位置和大小信息

    目標特征：提供目標的顏色、類型、運動速度和運動方向等信息

    目標跟蹤：提供目標運動的軌跡信息

    人臉檢測：提供圖像中人臉的位置信息

    人臉識別：提供人臉的自動識別功能

    車輛檢測識別：提供車型和牌照的自動識別功能

    基于計算機視覺技術的智能化視頻監(jiān)控系統(tǒng)是今后視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，它能夠大大提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能和性能，及時地發(fā)現(xiàn)和預防危險、危害事件的發(fā)生，并能在事后迅速將指定事件的相關資料進行收集。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要對監(jiān)控場景中的目標，主要是運動目標(如人和車輛)的活動進行理解。車輛是剛性目標，在交通監(jiān)控系統(tǒng)中得到大量研究;而人是非剛性目標，對其活動進行視頻理解，對于人的檢測跟蹤又是最基本和最關鍵的技術問題。因為人是大多數(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的主要運動對象，及活動實施者。同時對運動目標的檢測及對人的跟蹤又是對人行為活動進行分析和理解，并做出判斷的基礎。面向人的運動目標的檢測和跟蹤等低層視覺技術是實現(xiàn)后續(xù)活動、識別行為理解等高層視覺技術的基礎，也是面向人的視頻理解中最基本最困難的問題之一。

    智能化技術總體上分兩部分，即對輸入信息進行分析和對得到的信息進行處理。

    信息分析對輸入的視頻流以及文本流等其他輔助信息進行同步分析，包括人體和車輛的檢測和行為識別等，最終將所有信息進行融合得到一個集成的表達模式，作為信息處理階段的輸入。

    信息處理根據(jù)得到的各目標物體的運動信息，按照事先約定的報警模式，通過劃定區(qū)域等方式，對各種行為模式做出反應，包括自動報警，多攝像頭的跟蹤等等。并且在同步輸出控制的同時，把得到的處理結果以良好的人機交互方式展示給用戶，可以是文字，圖表等形式。

    目標的跟蹤問題中的基于訓練的方法，根據(jù)特定的跟蹤對象，利用機器學習和模式識別的思想，常常與其他方法相融合。

    例如人的跟蹤問題，簡單的方法是根據(jù)被跟蹤對象的位置、尺寸、外部輪廓等進行跟蹤.這種方法的優(yōu)點是：算法簡單，跟蹤速度比較快；缺點是：不適用于背景復雜或出現(xiàn)遮擋的情況。因此跟蹤方法還要結合人體特征、衣服顏色、皮膚顏色等特征，能夠解決目標之間的遮擋問題。

    另外，也可以采用基于多攝像機的人的運動跟蹤技術，如利用多攝像機對人進行跟蹤，通過選擇最好的視點來解決人與人之間的互遮擋和自身遮擋問題;在不同攝像機之間進行目標匹配的概率方法，并且對相鄰攝像機之間的自動切換。

    由于HB18系列產(chǎn)品實現(xiàn)了TI DM645 DSP 單片壓縮8路CIF，除了可以支持純軟件智能化分析以外，還可以采用目前主流產(chǎn)品的方式即單片壓縮4路CIF實時視頻，這樣DSP就可以空出一半以上的資源用于復雜的智能化應用，再加上目前PC機處理能力的迅速增強，完全可以實現(xiàn)單機多路視頻實時壓縮和智能化分析的雙重功能。

    HB18系列產(chǎn)品提供完整的SDK開發(fā)包及實例源程序，支持多種通用結構，開發(fā)簡單方便，其中包括壓縮SDK、播放SDK、網(wǎng)傳SDK和常用工具包。除此以外將提供功能強大的智能化軟件包，支持目標的檢測、跟蹤和識別功能。其中包括：

    HB18系列產(chǎn)品智能化典型應用模式。