從萬能解碼卡的誕生談漢邦高科DVR技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)不同，無法做到完全合一，很難實(shí)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(biāo)準(zhǔn)的視頻流的輸出，以適應(yīng)大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用需要。

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

    漢邦數(shù)據(jù)流應(yīng)用方式：

    數(shù)據(jù)來源：漢邦板卡、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器或嵌入式DVR壓縮的文件或網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)視頻流
    HB1504D：最多支持6塊卡，實(shí)現(xiàn)24路CIF或12路D1的解碼輸出
    HB1524D：最多支持6塊卡，實(shí)現(xiàn)96路CIF（輸出24個(gè)4分隔）或24路D1的解碼輸出
    HB1504DE：最多支持4塊卡，實(shí)現(xiàn)16路CIF/D1的解碼輸出

    漢邦流應(yīng)用方式：

    YUV數(shù)據(jù)流應(yīng)用方式：

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

    應(yīng)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(shù)支撐，在DVR板卡上也有極具競爭力的產(chǎn)品推出。從DVR技術(shù)的發(fā)展歷史來看，每兩年技術(shù)會有一個(gè)大的進(jìn)步。2000-2002年是MPEG產(chǎn)品的時(shí)代，2003-2005年MPEG4產(chǎn)品占領(lǐng)了主流市場，2005年到現(xiàn)在H.264產(chǎn)品獨(dú)占鰲頭。每一次的技術(shù)進(jìn)步都會帶了革命性的變化，產(chǎn)品的性價(jià)比會有50%以上的提升。

    2007年是一個(gè)技術(shù)更新?lián)Q代的時(shí)期，目前單芯片處理四路視頻的技術(shù)會有重要突破。隨著壓縮算法的進(jìn)步和芯片技術(shù)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(gè)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(shù)，形成了從CIF到FULL D1所有圖像質(zhì)量等級、具有極高性價(jià)比的HB18系列產(chǎn)品。 

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

   

二、壓縮算法的發(fā)展

    H.264/AVC是最新的國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。由ITU-T和ISO/IEC兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)14496-10（MEPG-4 第10部分）-高級視頻編碼（AVC）。

    HB18系列采用了H.264標(biāo)準(zhǔn)采用了很多新技術(shù)用來提高壓縮比降低碼流，主要是采用了高精度、多模式預(yù)測技術(shù)。H.264 標(biāo)準(zhǔn)針對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰�設(shè)計(jì)了視頻編碼層VCL和網(wǎng)絡(luò)提取層NAL結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)抽象層是提供“網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用。

    在算法優(yōu)化方面，項(xiàng)目針對CCD頭視頻的特點(diǎn)做了進(jìn)一步的優(yōu)化處理，針對不同畫面特征設(shè)定不同參數(shù)，大部分參數(shù)可以實(shí)時(shí)調(diào)整。壓縮指標(biāo)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(yùn)動時(shí)候，碼流自動變高，同時(shí)保證圖像劇烈變化過程中不會導(dǎo)致圖像質(zhì)量降低。同時(shí)針對DSP進(jìn)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(shí)現(xiàn)了8路CIF的壓縮效果。

    目前最嚴(yán)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(zhì)量有非常大的影響。這些噪點(diǎn)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(shí)現(xiàn)壓縮，因此這種隨機(jī)噪點(diǎn)對壓縮的影響非常大，有的時(shí)候甚至造成碼流成倍上升，將壓縮算法的優(yōu)點(diǎn)全部掩蓋。

    濾波主要采用兩種濾波方式：時(shí)間軸上的濾波與空間軸上的濾波。時(shí)間軸濾波采用運(yùn)動自適應(yīng)方式來去處偽顏色噪聲同時(shí)還原運(yùn)動物體�？臻g軸濾波用來去除泊松噪聲同時(shí)強(qiáng)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(jié)合以上兩種技術(shù)，在幀間編碼的技術(shù)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(zhì)量的水平保存，同時(shí)對硬盤的空間占用不是很大。另一方面，通過實(shí)時(shí)濾波技術(shù)的應(yīng)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(shí)也降低了碼流。

三、DVR壓縮產(chǎn)品圖像質(zhì)量評估

    圖像質(zhì)量的評估包括主觀評價(jià)和客觀評價(jià)兩個(gè)部分，這兩項(xiàng)指標(biāo)同等重要，考察項(xiàng)目主要是以下幾個(gè)項(xiàng)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(gè)方面，水平和垂直分辨率對評價(jià)數(shù)字圖像質(zhì)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(yīng)該采用每幀都有標(biāo)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(diào)節(jié)的，因此科學(xué)的方法是基于固定的壓縮參數(shù)下進(jìn)行測試，防止在低壓縮比下測試，而在實(shí)際應(yīng)用中設(shè)置為高壓縮比。

    4．圖像質(zhì)量評價(jià)

    主要評價(jià)圖像還原質(zhì)量（回放質(zhì)量）的真實(shí)程度和等級。

    圖像質(zhì)量主觀評價(jià)方法：

    主觀評價(jià)方面數(shù)字與模擬系統(tǒng)的評價(jià)重點(diǎn)不同：

    1、馬賽克效應(yīng)：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(shí)程度和線條（橫、豎、斜方向）還原的真實(shí)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(shí)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(xiàng)在對參考視頻的全部內(nèi)容評測后作出綜合評價(jià)結(jié)果。

    5、快速運(yùn)動圖像處理：考察快速運(yùn)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(shí)所有路必須同時(shí)接入視頻信號壓縮，同時(shí)要打開回放、圖標(biāo)疊加、圖像運(yùn)動偵測等功能。（不在滿負(fù)荷的狀態(tài)下不能測試出真實(shí)的數(shù)據(jù)）
    
    評價(jià)應(yīng)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(jià)，對每個(gè)項(xiàng)目按照5分制打分。

  圖像質(zhì)量客觀評價(jià)方法：

    圖像質(zhì)量的客觀評價(jià)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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，所以從技術(shù)上現(xiàn)在沒有一個(gè)有效的方法來測試準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)在的條件切實(shí)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(diǎn)和安防實(shí)際現(xiàn)場圖像特征，在制作的時(shí)候可以選擇不同應(yīng)用領(lǐng)域的特征，這樣的檢測結(jié)果對于用戶選擇具有非常大的指導(dǎo)意義。

    對于視頻源的制作主要考慮監(jiān)控環(huán)境的特征，應(yīng)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(yīng)該包括以下內(nèi)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(yùn)動圖像，圖像上每一幀上做好幀數(shù)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)側(cè)視圖來測試。

    4、視頻質(zhì)量檢測視頻段：

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

    簡單運(yùn)動：固定鏡頭，畫面中應(yīng)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(yīng)在1/4到1/5。

    快速運(yùn)動：固定鏡頭中目標(biāo)快速移動（比如道路中的車輛），移動目標(biāo)在畫面中所占的比例應(yīng)在1/4到1/5，畫面中應(yīng)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(diǎn)。

    對于不同的產(chǎn)品按照實(shí)際使用的參數(shù)設(shè)置對標(biāo)準(zhǔn)視頻源壓縮，然后可以直接對比壓縮比，同時(shí)對每個(gè)特征可以進(jìn)行相應(yīng)比對。

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

四、智能化監(jiān)控的發(fā)展與應(yīng)用

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

    目標(biāo)檢測：提供目標(biāo)的個(gè)數(shù)、位置和大小信息

    目標(biāo)特征：提供目標(biāo)的顏色、類型、運(yùn)動速度和運(yùn)動方向等信息

    目標(biāo)跟蹤：提供目標(biāo)運(yùn)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(jì)算機(jī)視覺技術(shù)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(shí)地發(fā)現(xiàn)和預(yù)防危險(xiǎn)、危害事件的發(fā)生，并能在事后迅速將指定事件的相關(guān)資料進(jìn)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(biāo)，主要是運(yùn)動目標(biāo)(如人和車輛)的活動進(jìn)行理解。車輛是剛性目標(biāo)，在交通監(jiān)控系統(tǒng)中得到大量研究;而人是非剛性目標(biāo)，對其活動進(jìn)行視頻理解，對于人的檢測跟蹤又是最基本和最關(guān)鍵的技術(shù)問題。因?yàn)槿耸谴蠖鄶?shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的主要運(yùn)動對象，及活動實(shí)施者。同時(shí)對運(yùn)動目標(biāo)的檢測及對人的跟蹤又是對人行為活動進(jìn)行分析和理解，并做出判斷的基礎(chǔ)。面向人的運(yùn)動目標(biāo)的檢測和跟蹤等低層視覺技術(shù)是實(shí)現(xiàn)后續(xù)活動、識別行為理解等高層視覺技術(shù)的基礎(chǔ)，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(shù)總體上分兩部分，即對輸入信息進(jìn)行分析和對得到的信息進(jìn)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(jìn)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(jìn)行融合得到一個(gè)集成的表達(dá)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(biāo)物體的運(yùn)動信息，按照事先約定的報(bào)警模式，通過劃定區(qū)域等方式，對各種行為模式做出反應(yīng)，包括自動報(bào)警，多攝像頭的跟蹤等等。并且在同步輸出控制的同時(shí)，把得到的處理結(jié)果以良好的人機(jī)交互方式展示給用戶，可以是文字，圖表等形式。

    目標(biāo)的跟蹤問題中的基于訓(xùn)練的方法，根據(jù)特定的跟蹤對象，利用機(jī)器學(xué)習(xí)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(jìn)行跟蹤.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：算法簡單，跟蹤速度比較快；缺點(diǎn)是：不適用于背景復(fù)雜或出現(xiàn)遮擋的情況。因此跟蹤方法還要結(jié)合人體特征、衣服顏色、皮膚顏色等特征，能夠解決目標(biāo)之間的遮擋問題。

    另外，也可以采用基于多攝像機(jī)的人的運(yùn)動跟蹤技術(shù)，如利用多攝像機(jī)對人進(jìn)行跟蹤，通過選擇最好的視點(diǎn)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(jī)之間進(jìn)行目標(biāo)匹配的概率方法，并且對相鄰攝像機(jī)之間的自動切換。

    由于HB18系列產(chǎn)品實(shí)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(shí)時(shí)視頻，這樣DSP就可以空出一半以上的資源用于復(fù)雜的智能化應(yīng)用，再加上目前PC機(jī)處理能力的迅速增強(qiáng)，完全可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)多路視頻實(shí)時(shí)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(shí)例源程序，支持多種通用結(jié)構(gòu)，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(qiáng)大的智能化軟件包，支持目標(biāo)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(yīng)用模式。