浅析高清监控中的图像处理技术的介绍

图像处理之视频编码

当前端的传感器采集完视频信号之后，就进入图像编码这个环节，目前主流的编码技术包括H.264和M-JPEG以及MPEG4等几种编码格式，其中以H.264应用最为广泛。H.264/AVC是由ITU-T VCEG与ISO/IEC MPEG组成的联合专家行动组JVT共同制定并于2003年5月发布的视频编解码标准，在ITU-T体系内被称为H.264，在ISO/IEC体系内被称为MPEG4 part10 - AVC，所以通常被称为H.264/AVC或简称H.264。

H.264/AVC标准制定的目标是能够在相对上一代广泛使用的MPEG4视频编码标准降低一半以上码率的前提下提供相当的图像质量，同时覆盖到更大范围的码率、帧率及分辨率等应用场合，并提高对于网络传输的适应性，即能在各种不同条件网络和系统上(例如组播、存储、RTP/IP包网络、无线网络)工作。?对于面向安防领域的高清视频监控应用，H.264编解码标准相比MPEG2、MPEG4 part2等有多方面的优势。

更高的压缩率

众所周知，高清应用最大的问题在于需要数倍于以往标清的数据传输带宽和存储容量。仅以分辨率换算，相同帧率的720P像素点数为D1的2倍有余，1080P则为4倍左右。如果继续使用传统的MPEG4编解码算法，达到可接受清晰度的D1视频一般需要5Mbps以上码率。以此计算，高清应用的巨大数据量负荷是现有系统难以承受的，成本也会极为高昂。H.264压缩算法包含了众多先进的压缩技术，例如1/4像素运动补偿(Quarter Pixel Motion Compensation)、环路滤波(Loop Filter)、帧内空域预测(Spatial Intra Prediction)、上下文自适应变长编码(CAVLC)、上下文自适应算术编码(CABAC)、多种变换类型(4x4 Transform、8x8 Transform)等，相对于MPEG4大幅度提高了压缩比，数据量能够减少一半甚至更多，为高清应用提供了有力的保障。

更清晰的档次、级别定义

H.264标准在制定之初就充分考虑各种应用场合，定义了清晰严谨的档次(Profile)与级别(Level)。严谨的档次和级别划分能够为解码器与编码器之间的性能匹配提供依据，带来更好的兼容性。

目前较为多见的是面向普通场合的基本档次(Baseline Profile)，以及部分主档次(Main Profile)应用。而对于希望获得更高压缩率的高清需求，H.264还提供高压缩比及支持更大位深的高档次(High Profile)，目前应用较为少见。级别主要限制码率、帧率/分辨率等图像相关属性，不同级别会影响存储空间等系统资源的需求。一般情况下标清主要使用Level3及以下级别，200W像素的高清则需要Level4及以上级别。H.264的级别明确定义到Level 5.1，支持的码率达到240Mbps，因此能够满足未来相当长时间内的主流应用。必须指出的是，编码使用高档次和级别在提升压缩效率的同时也对解码设备性能提出了更高要求，导致低能力的解码设备无法支持，所以需要权衡考虑。

相比而言，MPEG4 part2等标准由于制定时间较早，标准主要面向D1及以下分辨率进行定义，没有充分针对高清应用设计相应的档次和级别，因此在高清分辨率时存在未经定义的兼容隐患。

三种不同压缩格式的比较表如下所示：

项目H.264MPEG4MJPEG

同码流画质优中差

复杂度高中低

网络传输速度快中慢

以天地伟业最新研发的第三代压缩编码技术为例，可以实现在2M的码流下传输720P的高清图像，而且对后端PC解码压力要求也比较低，并且对网络延时也做了专门的优化，可以控制延时在300ms之内。