1、H.264標準在軌道交通視頻監控系統中的應用摘要主要介紹h.264編碼標準的技術優勢,以及它在城市軌道交通視頻監控系統中的應用前景。h.264編碼標準通過將每個視頻幀分離成塊,剩余空間冗余,與其他現有的視頻編碼標準相比,在相同帶寬下提供更加良好的圖像質量。使用h.264標準,在同等圖像質量下的壓縮效率比以前的標準提高2倍以上,因此該標準被普遍認為是最有影響力的行業標準。關鍵詞h.264標準編碼壓縮視頻監控系統城市軌道交通1h.264編碼概況2003年5月,國際電聯(itu)和peg標準組織is共同發布了h.264/peg4av視頻壓縮標準。在2004年,h.264作為技術標準,不僅應用在不同的

2、行業中,而且涉及各個國家、各個組織。到2004年底,業內領先的一些大公司(如is、apple、envivi、tandberg、ply等)陸續發布了支持h.264編碼標準的媒體服務平臺及解決方案,而其他半導體公司(如brad,nexant,lsilgi,st)也陸續發布了h.264專用解碼芯片的樣片和最新成果。h.264/peg4av(h.264)是1995年自peg2視頻壓縮標準發布以后的最新、最有前途的視頻壓縮標準,其主要目標是:與其他現有的視頻編碼標準相比,在相同帶寬下提供更加優秀的圖像質量。通過標準,在同等圖像質量下的壓縮效率比以前的標準提高了2倍以上,因此被普遍認為是最有影響力的行業標

3、準。2h.264編碼的技術優勢h.264標準壓縮系統由視頻編碼層(vl)和網絡提取層(netrkabstratinlayer,nal)兩部分組成。vl包括vl編碼器與vl解碼器,主要功能是視頻數據壓縮編碼和解碼,包括運動補償、變換編碼、熵編碼等壓縮單元;nal則用于為vl提供一個與網絡無關的統一接口,負責對視頻數據進行封裝打包后使其在網絡中傳送,采用統一的數據格式,包括單個字節的包頭信息、多個字節的視頻數據與組癥邏輯信道信令、定時信息、序列結束信號等。包頭包含存儲標志和類型標志,其中存儲標志用于指示當前數據不屬于被參考的幀,類型標志用于指示圖像數據的類型。vl可以傳輸按當前的網絡情況調整的編碼

4、參數。h.264和h.261、h.263一樣,采用了dt變換編碼加dp的差分編碼,即混合編碼結構。同時,h.264在混合編碼的框架下引入了新的編碼方式,提高了編碼效率,更貼近實際應用。h.264沒有煩瑣的選項,力求簡潔的“回歸基本”,它具有比h.263+更好的壓縮性能,又具有適應多種信道的能力。h.264與以前的國際標準(如h.263和peg4)相比,最大的優勢體現在以下四個方面:(1)將每個視頻幀分離成由像素組成的塊,因此視頻幀的編碼處理過程可以達到塊的級別。(2)采用空間冗余的方法,對視頻幀的一些原始塊進行空間預測、轉換、優化和熵編碼(可變長編碼)。(3)對連續幀的不同塊采用臨時存放的方法

5、,這樣只需對連續幀中有改變的部分進行編碼。該算法采用運動預測和運動補償來完成,對某些特定的塊,對一個或多個已經進行了編碼的幀執行搜索,決定塊的運動向量,并由此在后面的編碼和解碼中預測主塊。(4)采用剩余空間冗余技術,對視頻幀里的殘留塊進行編碼。例如,對于源塊和相應預測塊的不同,再次采用轉換、優化和熵編碼。h.264的應用目標廣泛,可滿足各種不同速率、不同場合的視頻應用,具有較好的抗誤碼和抗丟包的處理能力。3視頻編解碼在視頻監控系統中的應用城市軌道交通視頻監控一般分為兩級監控:在地鐵站端要求監視所有本站圖像,另外在監控中心要求可以監視下屬各地鐵站的情況。考慮到資金投入的問題,在中心端,一般不要求

6、同時看到所有地鐵站的所有圖像,而是采取兩種方式監視:一是同時監視各地鐵站的某幾路圖像,二是要求可同時看到某一個地鐵站的所有圖像或大部分圖像。需要從各地鐵站向監控中心傳輸視頻數據。在各車站,各電視監控攝像機視頻信號通過同軸電纜將圖像上傳至本站控制室,控制信號通過雙絞線實現對攝像機的控制。視頻圖像經過視頻分配器、視頻控制矩陣,傳送至車站控制室的監視器(本地監控用)和地鐵通信統一傳輸平臺,然后傳送至控制中心(控制中心遠程監控);在控制中心和各車站均需設置視頻編解碼設備;利用軌道交通通信的傳輸平臺,視頻圖像經過編解碼設備,將模擬視音頻信號轉換為數字信號傳輸。結合h.264的技術優勢,視頻編解碼標準在視

7、頻監控系統中有以下幾個方面應用。1)壓縮率和圖像質量城市軌道交通中的視頻監控在傳輸系統中,為能和公務電話、調度電話、低速數據、ip數據等業務共同占用傳輸帶寬,在保證視頻圖像的質量下,傳輸視頻所占用的帶寬需要盡可能少,要求視頻編解碼高效、壓縮率高。h.264能提供連續、流暢的高質量圖像(dvd質量)。在同等的畫質下,h.264比上一代編碼標準peg2平均節約64%的傳輸碼流,比peg4asp要平均節約39%的傳輸碼流。這是全球數百名優秀專家6年多的工作成果,也是自peg2以來視頻編碼技術又一次真正革命性的突破。對傳統的幀內預測、幀間預測、變換編碼和熵編碼等算法的改進,使h.264的編碼效率和圖像

8、質量在以往標準的基礎上進一步提高。2)抗丟包和抗誤碼視頻監控系統要求穩定的圖像質量,對丟包和誤碼嚴重的情況下需要具備一定的抗干擾能力。h.264提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生丟包等錯誤的必要工具。參數集、片的使用、靈活的宏塊次序(f)、冗余片等關鍵技術的使用,可以大大提高系統的抗丟包和抗誤碼性能。3)網絡適應性為適應各種網絡環境和應用場合,h.264定義了視頻編碼層(vl)和網絡提取層(nal)。其中,vl功能是進行視頻編解碼,包括運動補償預測,變換編碼和熵編碼等功能;nal用于采用適當的格式對vl視頻數據進行封裝打包,使h.264的文件能容易地在不同網絡上傳輸,適應性強。4)市場標準化

9、h.264是itu、peg、dvd、dvb、3gpp等工業化組織共同推進的下一代視頻編碼國際標準,itu在電信領域,peg和dvd組織在家用數字av產品領域(如dvd、vd),dvb組織在數字電視領域(dtv、hdtv),3gpp在下一代移動通信領域都有著不可撼動的地位,這些組織均得到國際工業界數百家大公司的支持。因此,在這些行業巨擘的推動下,h.264技術的應用將迅速進入視頻服務、媒體制作發行、固定及移動運營網絡、平臺開發、設備終端制造、芯片開發等多個領域。4結語作為一種新的國際標準,h.264標志著在視頻編碼技術上的不斷進步,它在編碼效率、圖像質量、網絡親和性和抗誤碼方面都取得了成功;h.

10、264大大降低了網絡帶寬需要,同時其自適應傳輸能力大大提高了系統抗抖動性能,將顯著提高畫面質量,更好地滿足軌道交通中視頻監控系統所需要的視頻服務。參考文獻1ituth.241.extendedvidepreduresandntrlsignalsfrh.300seriesterinals.2003.2iegandt,sullivangj,etal.vervieftheh.264/avvidedingstandardj.ieeetrans,iruits,systvidetehnl,2003,13(7).3jerrygd.多媒體數字壓縮原理與標準.李煜暉,等譯.北京:電子工業出版社,2000:2282304張麗.流媒體技術大全.北京:中國青年出版社,20015ba