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监控摄像机的应用已经从个别行业发展为大众市

来源:http://www.qd-haiyu.com 作者:澳门金莎娱乐网站-官方首页 时间:2019-12-04 08:27

原标题:高清监控摄像机的应用分析

当大家看电影追剧时,是看的高清还是标清?

摘要: 这一次的世界杯,与以往世界杯最大的区别在于,有很多互联网用户观看直播,而不是在电视上。在互联网观看直播,互联网的网络条件不一样,观众会看不同码率的视频。所以主要分享下阿里云在直播中怎么做码率控制。

基于IP的高清监控 IP方案是网络技术与视频监控系统的完美融合,打破了以往人们对闭路电视监控系统的固有思维,彻底打开了监控系统与外界的大门。 IP高清监控系统的优势在与IP网络的开放性和管理软件的功能强大,视频分发、浏览、存储非常方便,设备接入只需一根网线即可使用,同时资源共享更加方便,多个用户浏览不需要建立多个物理连接,系统开放性好,扩容方便。 采集系统 对于标清IP系统,可以选择模拟摄像机加视频编解码器的方式,或者直接IP标清摄像机输出。当然,采用视频编解码器的方式能有更多的摄像机选择,比如可以选择宽动态摄像机,低照度摄像机等。对于高清IP系统,采用直接IP信号输出的方式。 传输系统 传输网络信号的媒介主要有两种,网线和光纤。一般距离小于80M时,可以采用网线直接传输;大于80M时,建议采用光纤代替。对于远距离的独立点位,建议采用点对点的IP光端机,对于布点较多的系统,建议采用双光口、多光口级联式IP光端机传输,方便组成链网,星网等多种网络结构,方便客户组网。 控制中心 不再需要传统的视频分频器,模拟矩阵和DVR等设备,统一由网络管理平台实现实时查看和录像等功能。用户在客户端电脑上可以查看到实时图像和录像文件,如果需要可以通过视频解码器实现解码上大屏,当然高清IP需要选择高清解码器和高清显示设备。对于存储有两种方式,NVR服务器加磁盘阵列或者独立式的NVR存储器。 随着视频监控技术的高速发展,客户对视频监控产品的要求也在不断提高,让我们看的更清楚已经成为客户一致的诉求。然而,如何才能构建出满足高清监控传输的方案,也成为安防设备厂商、设计单位、工程商亟待解决的问题。 高清视频的标准 对于普通的标清视频显示格式,业内一般以H.263CIF(352×288,普通VCD图像标准),H.264CIF,H.2634CIF(704×576,普通DVD图像标准)等作为图像优劣的评判标准,并且将H.2634CIF作为标清视频会议的最高图像标准。而对于高清视频图像,则可从以下两个指标来分析: 分辨率 分辨率一般有两个概念,一个是可支持分辨率,它不是平板电视显示屏幕的实际指标,是指电视内部图像驱动芯片可以驱动的图像分辨力;另一个是物理分辨率,是可以看得到的实物指标。 高清分辨率就主要由物理分辨率来决定。全高清的分辨率是水平1920个像素数,垂直1080个像素数,一般表述为分辨力为1920×1080,采用隔行扫描方式,简写为1080/50i,另外全高清的表述还有分辨力为1920×1080,采用逐行扫描方式,简写为1080/50P--全高清的像素数为1920×1080,约等于200万像素。普通高清的分辨率是水平1280个像素数,垂直720个像素数,一般表示为分辨力为1280×720,采用逐行扫描方式,简写为720/60P--普通高清的像素数为1280×720,约等于100万像素。 幅型比 幅型比即是屏幕的长度与宽度的比例。高清标准要求电视屏幕幅型比为16:9,而不是传统电视机标准的4:3比例。高清标准的宽幅型比,更增加了观看的临场感,而且更符合人眼观看的习惯,该标准更适合应用于大屏幕尺寸的显示屏。

YAMAKO镜头——高清监控摄像机指定镜头品牌。

图鸭君觉得只要网速够得上的小伙伴应该没有人愿意再看标清了吧!毕竟高清视频的高分辨率和清晰画质观影体验更好。

在本月的重庆云栖大会飞天技术汇专场中,阿里云高级算法专家黄海宇分享了题为《超大规模直播码率控制》的议题,从生产的链路角度来说世界杯怎么让观众看到更加清晰的视频。

近年来,随着人们对安防监控摄像机需求的不断提高,安防监控产业得到快速发展。监控摄像机的应用已经从个别行业发展为大众市场的需求,从本地监控到跨区域、跨省的远程监控,从模拟监控摄像机发展到具有多重优势的IP监控摄像机。随着人们对图像清晰度的不断追求,高清监控已逐步成为行业的发展趋势。

伴随着用户对高清视频需求量的增加,视频多媒体的视频数据量也越来越大。如果不经过压缩,这些视频将很难应用于实际的存储和传输。视频压缩解码技术可以有效地去除视频数据中的冗余信息,实现视频数据在互联网中的快速传输和离线存储。因此,视频压缩解码技术是视频应用中的一项关键性技术。

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高清监控的优势

视频编码的背景

在过去的几十年中,一系列视频编码标准被推出并广泛应用。现有的视频压缩标准就有很多种,包括国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)/国际电工技术委员会(International ElectrotechnicalCommission, IEC)制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4标准;国际电信联盟电信标准化部门(InternationalTelecommunication Union-Telecom, ITU-T)制定的H.261、H.263等。

2003年3月,ITU-T和ISO/IEC正式公布了H.264/MPEG-4 AVC视频压缩标准。H.264作为目前应用最为广泛的视频编码标准,在提高编码效率和灵活性方面取得了巨大成功,使得数字视频有效地应用在各种各样的网络类型和工程领域。为了在关键技术上不受国外牵制、节约专利费用支出,中国制定了AVS系列标准,可以提供与H.264/AVC相当的编码效率。

近年来随着用户要求的不断提升,高清(1920x1080)和超高清(3840x2160)视频的应用越来越广泛。相比于标清视频,高清视频分辨率更大更清晰,但是相应的数据量也随之增加。在存储空间和网络带宽有限的情况下,现有的视频压缩技术已经不能满足现实的应用需求。为了解决高清及超高清视频急剧增长的数据率给网络传输和数据存储带来的冲击,ITU-T和ISO/IEC联合制定了具有更高压缩效率的新一代视频压缩标准HEVC(High Efficiency Video Coding)。

这一次的世界杯,与以往世界杯最大的区别在于,有很多互联网用户观看直播,而不是在电视上。在互联网观看直播,互联网的网络条件不一样,观众会看不同码率的视频。所以主要分享下阿里云在直播中怎么做码率控制。

对于监控摄像机而言,图像清晰度无疑是zui关键的技术指标。图像越清晰,细节越明显,辨识效果才能更佳。其优势主要有以下几点:

简说HEVC

HEVC基于传统的混合视频编码框架,采用了更多的技术创新,包括灵活的块划分、更精细的帧内预测、新加入的Merge模式、Tile划分、自适应样点补偿等。灵活的块划分对编码性能提升最大,块划分包括编码单元(CU)、预测单元(PU)和变换单元(TU)。这些技术使得HEVC编码性能比H.264/AVC提高了一倍。但是,这些技术也使得HEVC编码器的复杂度大大增加,不利于HEVC编码器的实时应用和推广。

HEVC高性能的获得是以巨大的计算复杂度为代价的:HEVC是通过递归对每个编码单元进行率失真优化过程(RDO)来选择最优的模式划分,这种方法的复杂度很高。因此,降低HEVC编码复杂度的研究工作具有重要的实际应用价值和广泛的应用前景。

分享分三个部分,首先讨论一下为什么要关注码率控制、其次是宏观上怎么做码率控制,最后是介绍下微观上怎么做码率控制。

以提供高分辨率图像获得更多的视频信息

视频解码的意义

视频转码技术是一种解决视频发送端与接收端兼容性问题的技术,它能实现不同的视频标准、视频分辨率、视频帧率和视频码率等之间的相互转换。釆用视频转码技术只需要改变发送端的系统结构或者在网关处增加相应的转码器即可,无需对接收端做任何修改。

视频转码技术不仅能调整视频流的分辨率、帧率、码率等各种属性去适应不同的终端用户和网络带宽,还可以对视频流的压缩格式、语法结构等进行转换,因此视频转码技术应用广泛。

总体来说,该技术研究实用价值非常高,它将用来满足更多领域的数字视频转换需求,不仅覆盖包括媒体网管多会议单元、视频监控、视频广播转码和医疗设备等商用产品中,还可以用于包括高清视频会议终端数字媒体适配器、高清网络摄像机、视频电话和高级数字机顶盒等产品。

我们先看一下个直播的一个简单的过程。

高清摄像机一般可以做到1280x960、1920x1080、2048x1536甚至2560x1920的分辨率,在同样的环境下,高清可以提供清晰细腻的图像,能够更好地捕捉细节,实现目标清晰可辨。

HEVC关键技术研究

近年来,伴随着HEVC编码标准在开发过程中一步步的完善,国内外相关组织和科研机构在HEVC编码算法方面也给出了很多有效的建议,陆续有科研论文发表于视频图像领域顶级期刊和会议,包括IEEE Trans. CSVT、IEEE Trans. Multimedia、ICIP、ICME、PCS、VCIP等。

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视频覆盖面更广

HEVC帧间编码优化

灵活的数据划分方式,是HEVC标准非常显著的特点之一。借助于遍历搜索确定CU,PU和TU划分方式等编码参数,HEVC的率失真性能显著优于之前的编码标准,但这也引入了大量的计算复杂度。帧间CU快速选择算法是根据相邻CU深度信息或编码中间参数等对CU大小和帧间PU模式进行提前判断,从而降低编码复杂度的过程。根据利用的信息不同,帧间CU的快速选择方法可以分为基于相邻CU深度信息、基于编码中间参数、基于率失真代价的快速选择方法。

世界杯通常会拿到一个非常高清的直播源,它的码率非常大,不太适合在互联网上直接传输。所以整条链路中会有一个视频内容的再生产的过程,这个再生产的过程最重要的就是视频的转码,将这个转成不同分辨率的几个档位。比如说我们看视频有流畅的、标清、高清、超清的视频,这些都是为了让不同网络的用户可以流畅的观看视频。在进行转码以后,视频流会经过CDN放大,很多用户会进行观看。

在监控范围覆盖区域相同的条件下,一台百万像素网络摄像机可以替代原有的2或3台标清摄像机,甚至更多。对于广视角大范围监控密集型场所,如机场、交通、卡口、银行、周界等,只需部署少量的百万像素网络摄像机就可以达到以前的效果。

HEVC帧内编码优化

帧内CU的快速选择算法是对CU的纹理复杂程度进行评估或根据相关CU深度信息等,实现CU尺度和帧内预测模式的快速选择,从而降低编码复杂度的过程。根据使用信息的不同,帧内CU的快速选择方法可以分为基于纹理复杂度、基于相邻CU信息、基于子CU信息和基于率失真代价的快速选择方法。

其中,码率控制是发生在转码这个环节,就是把高清视频进行解码再进行重新编码,视频的转码是一个有损的压缩的过程,把原来的视频进行处理,将里面的细节进行忽略,这样能够以一个更低的带宽去满足用户播放流畅的需求。

支持更高的帧率,图像流畅度高

HEVC码率控制研究

在实际应用场合,传输带宽通常都是有限的,如何在有限的带宽下尽可能保证视频的质量,即码率控制,是视频编码技术需要解决的一个重要问题。对于以高清、超清视频作为主要编码对象的HEVC标准来说,如何在有限的带宽资源下合理分配码率,使视频质量达到最佳,也就成为了编码时需要考虑的重要问题。

目前码率控制模型可以分为三大类:Q域,ρ_域和λ_域。此外,还有很多相关码率控制方面的算法,包括针对帧层比特分配问题提出的改进算法、通过调整拉格朗日因子来改进码率控制的算法、根据初始量化参数选取问题提出新的初始量化参数预测算法、针对场景切换问题提出新的算法、考虑图像复杂度以建立更准确的码率控制等等。还有一些针对特定应用所提出的码率控制算法,例如无线应用、高清应用等。对新一代的H.265/HEVC,如何有效的从各个方面来改进码率控制也逐渐成为研究热点。

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720p和1080i/1080p都可以支持60帧/秒,其图像流畅度比标清要高一倍。支持大屏显示,16:9宽屏显示,可以大大增强用户的观看体验。

总结与展望

随着互联网和移动网络的快速发展,市场对更高分辨率视频的需求越来越大,高质量视频服务在网络数据中占据比例越来越高,虽然网络带宽在不断增加,依然无法满足用户对于视频质量的需求,使得更高压缩效率的编码技术成为工业级和学界研究的热点。

在这种背景下,HEVC应运而生,虽然HEVC保持了高压缩比,但是其复杂运算也限制了其推广和应用。所以在保持转码视频质量的前提下,大幅度优化转码过程的复杂度是一个值得大家共同研究的课题。

第一,码率控制对清晰度有影响。我们通常的概念是清晰度越高码率越高,要求用户的下行的带宽更高。

高清晰画质为智能监控提供有利条件

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