【安防知識網(wǎng)】綜合評估現(xiàn)有各類視頻編碼標準性能和城市監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實條件和需求的基礎(chǔ)上，具體而言，AVS為公安監(jiān)控網(wǎng)上的信源編碼標準具有以下優(yōu)勢：AVS代表了先進的視頻編碼技術(shù)，其編碼效率為MPEG-2的2倍以上，與AVC/H.264處于同一水平，可見，AVS已經(jīng)步入國際視頻壓縮的先進水平行列;實現(xiàn)復(fù)雜度低，經(jīng)大致估算，AVS解碼復(fù)雜度相當于AVC/H.264的30%，編碼復(fù)雜度為AVC/H.264的70%，易于軟硬件的實現(xiàn);能夠保證信息安全，AVS的專利技術(shù)大多由我國自主持有，相關(guān)產(chǎn)品無需依賴國外進口，可以從源頭上杜絕盜竊、濫用和泄漏國家機密的可能。同時，AVS專利授權(quán)模式簡單，專利費用低廉(遵循1元人民幣的原則)。
MPEG-4 SP(Simple Profile)主要針對低復(fù)雜度、低比特率的視頻通信應(yīng)用，目前MPEG-4 SP是視頻監(jiān)控網(wǎng)上目前使用最為廣泛的編碼標準。如上所述，AVS有望在今后成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的主導(dǎo)編碼標準，但其大規(guī)?；瘧?yīng)用尚需時日，故構(gòu)建高效MPEG-4到AVS轉(zhuǎn)碼器可以緩解目前AVS視頻碼流緊缺的壓力，實現(xiàn)AVS標準的平穩(wěn)過渡。針對公安視頻監(jiān)控網(wǎng)對資源整合的需求，我們將參照下面的要求構(gòu)建MPEG-4到AVS轉(zhuǎn)碼器：
充分利用城市范圍內(nèi)現(xiàn)有的各類圖像資源，通過開發(fā)多功能轉(zhuǎn)碼器將分布在城市各處的具有不同圖像編碼格式、不同接入帶寬的圖像監(jiān)控系統(tǒng)連接起來;
轉(zhuǎn)碼器能夠支持主流的視頻編碼格式標準及監(jiān)控網(wǎng)上通用的圖像尺寸;
轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬實現(xiàn)對輸出圖像碼率的控制;
轉(zhuǎn)碼后的圖像質(zhì)量損失小;
出于安全性考慮，對監(jiān)控圖像的訪問和瀏覽必須是實時的，從而要求轉(zhuǎn)碼器轉(zhuǎn)碼速度不得低于25fps。
在上文中，筆者介紹了常見的幾種轉(zhuǎn)碼方案，在表1中則列舉各自的優(yōu)點與缺陷以便明確它們的最合適應(yīng)用場景。
如表1所示，不同的轉(zhuǎn)碼方案在技術(shù)性能方面各有優(yōu)缺點?；谛枨鬀Q定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原則，下文對照AVS轉(zhuǎn)碼器的性能需求逐步找到我們最需要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
表1 常見轉(zhuǎn)碼方案比較
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在表2中，筆者逐項對應(yīng)轉(zhuǎn)碼器的性能需求給出了最佳的轉(zhuǎn)碼器參考結(jié)構(gòu)。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，中選次數(shù)最多的參考轉(zhuǎn)碼器是重解重編方案和頻域閉環(huán)方案。再次對兩者進行比較，轉(zhuǎn)碼速度似乎成為頻域閉環(huán)方案優(yōu)于重解重編方案的唯一理由。但這“唯一的優(yōu)點”似乎也有限制：MPEG-4使用8×8DCT，AVS使用8×8類DCT整數(shù)變換，故基于變換域的編碼操作(MC、幀內(nèi)預(yù)測、圖像降采樣等)并不能直接實施，需要首先完成MPEG-4 DCT系數(shù)到AVS整數(shù)變換系數(shù)的映射，這勢必延長頻域閉環(huán)方案轉(zhuǎn)碼時間;DCT-MC的快速實現(xiàn)與輸入圖像特征有關(guān)，當圖像區(qū)域運動劇烈時，DCT系數(shù)矩陣稀疏程度并不高，故會大大增加矩陣元素運算的次數(shù)，這也會延長頻域閉環(huán)方案轉(zhuǎn)碼時間。
表2 轉(zhuǎn)碼需求vs.參考方案
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基于上述分析，我們采用基于像素域閉環(huán)方案的快速轉(zhuǎn)碼器體系，其主要特征包括：
對輸入MPEG-4碼流完全解碼，以得到各類編碼信息用于后續(xù)AVS編碼;
在進行AVS編碼前，根據(jù)轉(zhuǎn)碼應(yīng)用需求，進行相應(yīng)的跳幀處理和空域降采樣濾波，并且遵循時間域處理在前、空間域處理在后的原則;
與時間域/空間域圖像處理相伴隨，根據(jù)解碼得到的編碼信息合成候選運動向量并決定輸出宏塊的候選編碼模式;
對輸入視頻流進行AVS編碼，在候選運動向量、宏塊編碼模式之上，進行小范圍的運動信息修正和精化，并隨之完成編碼過程。
我們將所有測試序列以384kbps的碼率編碼為MPEG-4碼流后，使用固定量化參數(shù)(QP=36)轉(zhuǎn)碼為AVS碼流，同樣的設(shè)置也應(yīng)用于對比實驗中。此處對比的對象為重解重編方案，其編碼模塊基于參考軟件RM5.2c。圖2為轉(zhuǎn)碼前后圖像視覺效果對比圖。
從圖1中可以看出，轉(zhuǎn)碼前后主觀圖像質(zhì)量并無顯著下降。在轉(zhuǎn)碼效率方面，由于采用了多項快速轉(zhuǎn)碼策略，使得與級聯(lián)型轉(zhuǎn)碼器相比，AVS編碼時間不及前者的10%，在多路并行轉(zhuǎn)碼應(yīng)用中，完全能夠滿足實時轉(zhuǎn)碼需求。然而，由于并未在轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)中進行完備的基于率失真模型的宏塊模式選擇，另外復(fù)用的運動向量精度欠佳，故與重解重編方案相比，客觀圖像質(zhì)量與前者相比相差0.5dB-1.5dB。
圖1 轉(zhuǎn)碼效果示意圖
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