主頁（http://www.by236.com）：AVS-S音視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)介紹及展望

繼上一期刊登《AVS視頻和音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用》之后，本期通過分析安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及其對(duì)視頻監(jiān)控的特殊需求，介紹了國有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)面向安防的音視頻標(biāo)準(zhǔn)AVS-S在安防視頻監(jiān)控核心技術(shù)上的重要性，制定的目的意義及其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步分析了需要解決的技術(shù)問題和相關(guān)技術(shù)方案，希望有助于推動(dòng)安防監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。
文/胡瑞敏、牟曉弦、路依莎 武漢大學(xué)國家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心

面向安防的數(shù)字音視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)（AVS-S）是中國制定的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC（簡(jiǎn)稱AVC，也稱JVT、H.264）、AVS，及其它私有標(biāo)準(zhǔn)而言，其特有的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠滿足目前安防產(chǎn)業(yè)的特殊需求，以解決阻礙國內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的專利壁壘等問題，為安防產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新的契機(jī)。

標(biāo)準(zhǔn)傾向于接受比較成熟的技術(shù)，因此有些技術(shù)比如面向?qū)ο蟮木幋a，雖然是安防領(lǐng)域所需要的技術(shù)，但不宜寫入標(biāo)準(zhǔn)中。制定AVS-S的總體目標(biāo)是為迅速發(fā)展的公共安全與監(jiān)控領(lǐng)域設(shè)備提供音視頻解碼、系統(tǒng)、版權(quán)保護(hù)和文件格式等方面的規(guī)范，而需要滿足的公共安全與監(jiān)控領(lǐng)域的音視頻編碼需求為：能適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)情況，支持通過專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等傳輸，支持實(shí)時(shí)的碼率可調(diào)，支持感興趣區(qū)域的高質(zhì)量編碼，支持光線環(huán)境變化的優(yōu)化編碼，支持位置信息等輔助信息疊加，面向存儲(chǔ)的優(yōu)化編碼。

信息產(chǎn)業(yè)部科學(xué)技術(shù)司早就在2002年12月正式發(fā)文成立“數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)AVS工作組”，負(fù)責(zé)數(shù)字音視頻等多媒體設(shè)備與產(chǎn)品中的壓縮、解壓縮、處理和表示等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。AVS標(biāo)準(zhǔn)組聯(lián)合公安部第一研究所、武漢大學(xué)國家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心、TC100、北京大學(xué)等單位綜合了安防需求，經(jīng)過專家和企業(yè)代表多次討論與一致認(rèn)同，抽象出視頻監(jiān)控領(lǐng)域?qū)��?shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的需求，并作為輸出文檔進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，成為今后AVS-S制定的需求目標(biāo)。

新標(biāo)準(zhǔn)為安防產(chǎn)業(yè)打造嶄新的前景

安防行業(yè)的特殊需求
視頻編解碼技術(shù)是視頻監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，視頻監(jiān)控在不斷發(fā)展的同時(shí)，對(duì)視頻編解碼技術(shù)的需求也在不斷提高。在最初的監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻處理技術(shù)僅僅用來壓縮存儲(chǔ)數(shù)字化的視頻信息。隨著監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展，安防領(lǐng)域有著壓縮存儲(chǔ)需求、顯示和播放需求、網(wǎng)絡(luò)QoS需求、安全性需求、交互性需求等一系列新的應(yīng)用需求。對(duì)于每一類應(yīng)用需求來說，會(huì)有不同層次的技術(shù)需求來不同程度地滿足應(yīng)用需求，表1為應(yīng)用需求到技術(shù)需求的映射。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)，不同的技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)是不一樣的。一般說來，成熟且迫切需要的技術(shù)是優(yōu)先采用，不夠成熟的技術(shù)或者實(shí)際需求有限的技術(shù)暫緩考慮。

新標(biāo)準(zhǔn)能夠彌補(bǔ)現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)的瓶頸
目前安防產(chǎn)業(yè)可以選擇的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)有四個(gè)：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC（簡(jiǎn)稱AVC，也稱JVT、H.264）、AVS。從制訂者分，前三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是由MPEG專家組完成的，第四個(gè)是我國自主制定的。從發(fā)展階段分，MPEG-2是第一代信源標(biāo)準(zhǔn)，其余三個(gè)為第二代標(biāo)準(zhǔn)。從主要技術(shù)指標(biāo)——編碼效率比較：MPEG-4是MPEG-2的1.4倍，AVS和AVC相當(dāng)，都是MPEG-2兩倍以上。可以推測(cè)，MPEG-2技術(shù)陳舊需要更新及收費(fèi)較高；MPEG-4出臺(tái)的新專利許可政策被認(rèn)為過于苛刻令人無法接受；H.264編碼效率較高但是專利收費(fèi)較為昂貴；同時(shí)目前的AVS標(biāo)準(zhǔn)不滿足安防領(lǐng)域的特殊需求，而其它私有標(biāo)準(zhǔn)又無法實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的互通。因此，即使專利收費(fèi)問題能夠得到解決，這些現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)也并不能夠有效地適合安防行業(yè)的各種特殊需求，現(xiàn)實(shí)迫切需要制定新的標(biāo)準(zhǔn)。

AVS-S的關(guān)鍵技術(shù)

目前，TC100和AVS兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)同意共同開展面向安防監(jiān)控的音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)（AVS-S）的制定。AVS-S現(xiàn)在的技術(shù)處于制定階段，預(yù)計(jì)明年可以制定完畢。

AVS-S在視頻編碼的混合框架基礎(chǔ)之上，研究空域時(shí)域和質(zhì)量可分級(jí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多碼流和時(shí)間空間分辨率的調(diào)整。然后，以此編碼框架為基礎(chǔ)，結(jié)合安防的特殊需求，逐項(xiàng)研究其解決算法，并在編碼框架中添加對(duì)于這些特殊技術(shù)的語法語義和編解碼結(jié)構(gòu)上的支持。具體的技術(shù)要點(diǎn)敘述如下。

可分級(jí)視頻編碼框架
圖1所示的編碼框架基于現(xiàn)有的編碼技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，首先對(duì)視頻流進(jìn)行空域上的下采樣，實(shí)現(xiàn)空域上的分層，其中，空間分辨率最小的層為基本層，每層可按照現(xiàn)有的編碼技術(shù)分別編碼。由于各層之間存在一定的相關(guān)性，考慮到計(jì)算復(fù)雜度，增強(qiáng)層可以復(fù)用基本層的運(yùn)動(dòng)信息。對(duì)于每一層可以進(jìn)一步劃分時(shí)域上的層次，通過調(diào)整視頻序列結(jié)構(gòu)，調(diào)整B幀的數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)時(shí)域上的可分級(jí)性。而質(zhì)量上的可分級(jí)性可以分別在每一層的變化和量化模塊，通過調(diào)整量化系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。通過這樣的編碼框架，視頻流具有一定的帶寬自適應(yīng)能力、抗誤碼性能和更好的解決安防特殊需求的能力。

重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象區(qū)域的分割
將可分級(jí)技術(shù)和對(duì)象編碼技術(shù)相結(jié)合，對(duì)重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象分配較多的碼率進(jìn)行高質(zhì)量的壓縮，而對(duì)于背景或其它不重要的監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行一般的壓縮。這樣，在保證視頻質(zhì)量的基礎(chǔ)上大幅地提高視頻壓縮率，減少需要的存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬。
需要提出的是，目前對(duì)象分割算法的復(fù)雜度是非常高的，精細(xì)準(zhǔn)確的分割對(duì)象很難實(shí)際應(yīng)用。

研究具有防偽功能的數(shù)字視頻水印技術(shù)及視頻加密算法
視頻水印技術(shù)在壓縮視頻流中提供防偽信息，并提供時(shí)間、地點(diǎn)信息的疊加等功能，支持OSD、LOGO和區(qū)域屏蔽，以及日期和時(shí)間的設(shè)置。它利用數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)將特定的信息嵌入到視頻數(shù)據(jù)中，保證重要數(shù)據(jù)的安全，防止資料被篡改和被偽造。可借鑒圖像水印技術(shù)大量的研究成果，同時(shí)基于視頻與圖像某些本質(zhì)的差異，重點(diǎn)研究視頻水印和圖像水印不同的技術(shù)特征。

面向環(huán)境的優(yōu)化編碼和快速檢索技術(shù)
為了進(jìn)一步提高編碼壓縮效率，可以根據(jù)光線環(huán)境的變化來調(diào)節(jié)編碼器模式。為了達(dá)到優(yōu)化編碼的目的，可以考慮構(gòu)建編解碼標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，將幾類典型的應(yīng)用環(huán)境分級(jí)，對(duì)不同的級(jí)別設(shè)定不同的編碼級(jí)別。可分級(jí)編碼技術(shù)能夠比較方便地解決檢索的速度問題。由于基本層的視頻序列具有比較小的分辨率和幀率，所以可以在基本層上進(jìn)行檢索。當(dāng)檢索到需要的內(nèi)容的時(shí)候，再解碼出相應(yīng)的增強(qiáng)層信息，以最好的質(zhì)量來供調(diào)查取證。這樣既可以降低檢索的復(fù)雜度，又保證了取證的質(zhì)量。
(中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)