H.264标准在轨道交通视频监控系统中的应用

1、H.264标准在轨道交通视频监控系统中的应用摘要主要介绍h.264编码标准的技术优势,以及它在城市轨道交通视频监控系统中的应用前景。h.264编码标准通过将每个视频帧分离成块,剩余空间冗余,与其他现有的视频编码标准相比,在相同带宽下提供更加良好的图像质量。使用h.264标准,在同等图像质量下的压缩效率比以前的标准提高2倍以上,因此该标准被普遍认为是最有影响力的行业标准。关键词h.264标准编码压缩视频监控系统城市轨道交通1h.264编码概况2003年5月,国际电联(itu)和peg标准组织is共同发布了h.264/peg4av视频压缩标准。在2004年,h.264作为技术标准,不仅应用在不同的

2、行业中,而且涉及各个国家、各个组织。到2004年底,业内领先的一些大公司(如is、apple、envivi、tandberg、ply等)陆续发布了支持h.264编码标准的媒体服务平台及解决方案,而其他半导体公司(如brad,nexant,lsilgi,st)也陆续发布了h.264专用解码芯片的样片和最新成果。h.264/peg4av(h.264)是1995年自peg2视频压缩标准发布以后的最新、最有前途的视频压缩标准,其主要目标是:与其他现有的视频编码标准相比,在相同带宽下提供更加优秀的图像质量。通过标准,在同等图像质量下的压缩效率比以前的标准提高了2倍以上,因此被普遍认为是最有影响力的行业标

3、准。2h.264编码的技术优势h.264标准压缩系统由视频编码层(vl)和网络提取层(netrkabstratinlayer,nal)两部分组成。vl包括vl编码器与vl解码器,主要功能是视频数据压缩编码和解码,包括运动补偿、变换编码、熵编码等压缩单元;nal则用于为vl提供一个与网络无关的统一接口,负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送,采用统一的数据格式,包括单个字节的包头信息、多个字节的视频数据与组症逻辑信道信令、定时信息、序列结束信号等。包头包含存储标志和类型标志,其中存储标志用于指示当前数据不属于被参考的帧,类型标志用于指示图像数据的类型。vl可以传输按当前的网络情况调整的编码

4、参数。h.264和h.261、h.263一样,采用了dt变换编码加dp的差分编码,即混合编码结构。同时,h.264在混合编码的框架下引入了新的编码方式,提高了编码效率,更贴近实际应用。h.264没有烦琐的选项,力求简洁的“回归基本”,它具有比h.263+更好的压缩性能,又具有适应多种信道的能力。h.264与以前的国际标准(如h.263和peg4)相比,最大的优势体现在以下四个方面:(1)将每个视频帧分离成由像素组成的块,因此视频帧的编码处理过程可以达到块的级别。(2)采用空间冗余的方法,对视频帧的一些原始块进行空间预测、转换、优化和熵编码(可变长编码)。(3)对连续帧的不同块采用临时存放的方法

5、,这样只需对连续帧中有改变的部分进行编码。该算法采用运动预测和运动补偿来完成,对某些特定的块,对一个或多个已经进行了编码的帧执行搜索,决定块的运动向量,并由此在后面的编码和解码中预测主块。(4)采用剩余空间冗余技术,对视频帧里的残留块进行编码。例如,对于源块和相应预测块的不同,再次采用转换、优化和熵编码。h.264的应用目标广泛,可满足各种不同速率、不同场合的视频应用,具有较好的抗误码和抗丢包的处理能力。3视频编解码在视频监控系统中的应用城市轨道交通视频监控一般分为两级监控:在地铁站端要求监视所有本站图像,另外在监控中心要求可以监视下属各地铁站的情况。考虑到资金投入的问题,在中心端,一般不要求

6、同时看到所有地铁站的所有图像,而是采取两种方式监视:一是同时监视各地铁站的某几路图像,二是要求可同时看到某一个地铁站的所有图像或大部分图像。需要从各地铁站向监控中心传输视频数据。在各车站,各电视监控摄像机视频信号通过同轴电缆将图像上传至本站控制室,控制信号通过双绞线实现对摄像机的控制。视频图像经过视频分配器、视频控制矩阵,传送至车站控制室的监视器(本地监控用)和地铁通信统一传输平台,然后传送至控制中心(控制中心远程监控);在控制中心和各车站均需设置视频编解码设备;利用轨道交通通信的传输平台,视频图像经过编解码设备,将模拟视音频信号转换为数字信号传输。结合h.264的技术优势,视频编解码标准在视

7、频监控系统中有以下几个方面应用。1)压缩率和图像质量城市轨道交通中的视频监控在传输系统中,为能和公务电话、调度电话、低速数据、ip数据等业务共同占用传输带宽,在保证视频图像的质量下,传输视频所占用的带宽需要尽可能少,要求视频编解码高效、压缩率高。h.264能提供连续、流畅的高质量图像(dvd质量)。在同等的画质下,h.264比上一代编码标准peg2平均节约64%的传输码流,比peg4asp要平均节约39%的传输码流。这是全球数百名优秀专家6年多的工作成果,也是自peg2以来视频编码技术又一次真正革命性的突破。对传统的帧内预测、帧间预测、变换编码和熵编码等算法的改进,使h.264的编码效率和图像

8、质量在以往标准的基础上进一步提高。2)抗丢包和抗误码视频监控系统要求稳定的图像质量,对丢包和误码严重的情况下需要具备一定的抗干扰能力。h.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生丢包等错误的必要工具。参数集、片的使用、灵活的宏块次序(f)、冗余片等关键技术的使用,可以大大提高系统的抗丢包和抗误码性能。3)网络适应性为适应各种网络环境和应用场合,h.264定义了视频编码层(vl)和网络提取层(nal)。其中,vl功能是进行视频编解码,包括运动补偿预测,变换编码和熵编码等功能;nal用于采用适当的格式对vl视频数据进行封装打包,使h.264的文件能容易地在不同网络上传输,适应性强。4)市场标准化

9、h.264是itu、peg、dvd、dvb、3gpp等工业化组织共同推进的下一代视频编码国际标准,itu在电信领域,peg和dvd组织在家用数字av产品领域(如dvd、vd),dvb组织在数字电视领域(dtv、hdtv),3gpp在下一代移动通信领域都有着不可撼动的地位,这些组织均得到国际工业界数百家大公司的支持。因此,在这些行业巨擘的推动下,h.264技术的应用将迅速进入视频服务、媒体制作发行、固定及移动运营网络、平台开发、设备终端制造、芯片开发等多个领域。4结语作为一种新的国际标准,h.264标志着在视频编码技术上的不断进步,它在编码效率、图像质量、网络亲和性和抗误码方面都取得了成功;h.

10、264大大降低了网络带宽需要,同时其自适应传输能力大大提高了系统抗抖动性能,将显著提高画面质量,更好地满足轨道交通中视频监控系统所需要的视频服务。参考文献1ituth.241.extendedvidepreduresandntrlsignalsfrh.300seriesterinals.2003.2iegandt,sullivangj,etal.vervieftheh.264/avvidedingstandardj.ieeetrans,iruits,systvidetehnl,2003,13(7).3jerrygd.多媒体数字压缩原理与标准.李煜晖,等译.北京:电子工业出版社,2000:2282304张丽.流媒体技术大全.北京:中国青年出版社,20015ba