AVS-S音视频监控标准介绍及展望(2)

目前已经提出的AVS-S技术提案

针对安防产业的特殊需求，国家多媒体软件工程技术研究中心正研究相关AVS-S视频编解码技术，取得了良好的实验效果，并已提出了相关技术提案。对于这几项技术下面做以简单介绍。

1.基于区域的变质量视频编码算法
在视频监控应用中，重点监控区域的图像细节对于调查取证至关重要。然而传统的编码方法对整体图像进行无差异性的编码，造成了存储空间和传输带宽的浪费。针对这一特殊需求，国家多媒体软件工程技术研究中心研究了基于区域的变质量视频编码算法，采用了使不同权重区域具有不同质量的分级量化机制，防止量化系数剧烈跳变的过渡带机制及提升感兴趣区域率失真斜率的“棋盘格式”算法。该算法所要解决的技术问题是：在传输带宽或者存储容量一定的情况下，优先保证感兴趣区域的编码质量，同等码率下，感兴趣区域的主客观质量都得到大幅提升，并且通过过渡带和感兴趣区域内部的优先级设定，使得感兴趣区域和背景区域之间的质量控制更加精细。

其中，所采取的具体技术方案如图2所示，将编码图像分为背景区域、ROI(感兴趣区域)和过渡带区域三个部分，三个区域部分可分别采用不同的量化机制，并且背景区域和ROI的量化值是由用户手动对参数进行设置，其余的可以通过该算法的量化参数计算方法计算得到。在ROI区域采用类似国际象棋棋盘的区域分块方法，使区域中每个小块量化参数与相邻的纵向和横向的小块不同，但与斜向上的小块相同。

实验结果如图3所示，左图为按照传统方法编码后的结果，右图为集成了基于区域的变质量视频编码算法后的编码结果。对于感兴趣区域图像细节质量的优劣是显而易见。

该算法提供的方法与现有技术相比具有以下的主要优点：首先，在传输带宽和存储空间有限的情况下，本算法优先保证感兴趣区域的图像质量；其次，复杂度不大。该算法没有增加任何高复杂度的编码模块，不会带来复杂度上的提高，复杂度传统编码方式相当。

2.基于区域的变解析度视频编码算法
在某些安防应用情况下，对特定监控对象需要具备不同的采样清晰度，然而现有的编解码方法无法提供基于区域的不同采样清晰度问题。相应地，国家多媒体软件工程技术研究中心进行了基于区域的变解析度视频编码算法。

本算法所要解决的技术问题是：针对空域增强层编码需要传输大量比特的问题，结合感兴趣区域的编码方法，提供基于感兴趣区域的一种低码率空域增强层编码方法，以减小空域增强层码率，保证空域增强层感兴趣区域视频信息的质量。

其技术方案是：从基本层载入感兴趣区域信息，并根据感兴趣区域信息对增强层的原始输入图像进行剪切，对剪切后得到的感兴趣区域编码。针对安防监控的特殊需求，本算法从增强层提取感兴趣区域进行编码，而忽略其它非关键区域的图像，从而减小空域增强层码率，保证空域增强层感兴趣区域视频信息的质量。

实验结果如图4所示，左图采用的是一般方法的AVS P2编码效果，右图采用了融合了基于区域的变解析度视频编码算法后改进的方法。对比这两幅图像，当两者所使用的比特率基本相当时，右图的人脸区域明显具备更加清晰的采样解析度，能提供更多的细节信息，从而提高感兴趣区域部分的质量。

上述1\2两种方法，与一般视频编码器相比，在充分节省带宽的条件下，能提供更高的局部质量清晰度，满足安防调查取证以及智能分析的需求。

3.时域分级编码算法
同时，对于传输带宽减少时的情况，国家多媒体软件工程技术研究中心进行了对时域分级编码算法的研究，通过调整帧率来适应传输网络状况。可分级算法能提供灵活的分辨率、帧率和质量的码流结构，能更好地满足大型视频监控系统的要求。如图5所示为该算法利用层次B帧的编码示意图。

本算法所要解决的技术问题是：针对安防领域的特殊需求，制定一种针对双帧参考视频流的快速时域可伸缩编码实现方法，该方法能够与非可伸缩视频编码标准相兼容，并且能够比较明显提高编码效率。

该算法的技术方案是：基本层采用I帧或P帧图像编码类型，增强层采用的是B帧图像编码类型，通过对图像组中的各编码帧进行时域层次标注，并且在编码B帧过程中根据时域层次级别来搜索获取当前编码B帧的两个参考帧，参考帧可以是I帧或P帧，也可以是B帧，这样就使得码流帧率按照2的整数次幂的倍数进行伸缩。

实现结果如图6所示，从实验结果分析可知，该算法可以快速实现双帧参考视频流的时域可伸缩编码，使得码流的帧率能够按照2的整数次幂的倍数进行伸缩，并且与原编码标准相比，能够较大幅度提高编码效率。

该算法提供的方法与现有技术相比具有以下的主要优点：它提供的是一种快速实现双帧参考视频流的时域可伸缩编码的方法，所述双帧参考视频流是基于B帧为双帧参考的视频编码标准，利用这种方法编解码后生成的码流具有时域可分级性，其帧率能够适时调整；和一般丢弃B帧的做法相比，具备更好的编码性能。

4.面向全天候环境的优化编码技术的应用
夜间视频图像和普通监控图像相比噪点很多，压缩后的码率非常大，需要采用不同于普通的编码模式。AVS-S可根据光线环境，自适应的调节编码模式。其特殊的夜间编码模式，可大大提高编码压缩效率、节约带宽和存储空间。

图7是夜间的监控图像，左图是采用普通编码技术后的解码图像，右图是AVS-S的解码图像。两幅图像主观质量相近，而右图即AVS-S的夜间模式技术则可以节省40%以上的带宽，同时也可以节省了40%以上的存储空间。

5.总体视频编解码体系结构
为了适应安防监控的特殊需求，国家多媒体软件工程技术研究中心研究了一种视频编解码体系结构。其所要解决的主要技术问题是：提出一种视频序列编解码体系结构，主要解决与传统编码方式的兼容问题，异构网络的传输问题，如何保证感兴趣区域图像质量的问题，如何适应不同光照条件和天气状况下的图像编码问题，以及编码信息的安全性问题。如图8（a）、图8（b）所示。

该视频编解码体系结构的技术方案为：本体系结构包括基本层编码模块、编码控制模块、增强层编码模块三部分。其中：基本层编码模块的图像通过上采样作为增强层参考帧或层间预测削除基本层与增强层之间的信息冗余；编码控制模块根据感兴趣区域策略控制基本层与增强层中感兴趣区域的编码方式，通过光线模式判断控制基本层和增强层中支持全天候编码模块；增强层编码模块采用分层技术在以上各编码模块的基础上实现对增强层输入视频流的编码。
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)