面向移動(dòng)視頻監(jiān)控的轉(zhuǎn)碼技術(shù)研究.pdf

1、視頻監(jiān)控在國(guó)民安防建設(shè)中發(fā)揮著重要作用；移動(dòng)視頻監(jiān)控的出現(xiàn)將其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，人們可以利用手機(jī)、PDA等移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地查看監(jiān)控視頻，從而擺脫傳統(tǒng)視頻監(jiān)控需要專用設(shè)備的束縛。但由于無線網(wǎng)絡(luò)帶寬窄、波動(dòng)大，以及移動(dòng)設(shè)備計(jì)算能力差等限制，移動(dòng)視頻監(jiān)控相比傳統(tǒng)視頻監(jiān)控存在著監(jiān)控質(zhì)量差，延時(shí)較長(zhǎng)等缺陷。移動(dòng)視頻監(jiān)控所面臨的挑戰(zhàn)對(duì)其核心技術(shù)--視頻轉(zhuǎn)碼提出了更高的要求。針對(duì)視頻轉(zhuǎn)碼的一些關(guān)鍵技術(shù)展開研究，以擺脫移動(dòng)環(huán)境限制、提升視頻質(zhì)量，對(duì)移

2、動(dòng)視頻監(jiān)控以及其他移動(dòng)視頻應(yīng)用而言，都具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 視頻轉(zhuǎn)碼是移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜的無線移動(dòng)環(huán)境，為計(jì)算、顯示能力各異的移動(dòng)設(shè)備提供合適視頻流的關(guān)鍵，它根據(jù)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀況與用戶需求，轉(zhuǎn)換視頻流格式。本文的研究將基于壓縮效率最高的H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，并強(qiáng)調(diào)在聯(lián)合多個(gè)轉(zhuǎn)碼過程的多目標(biāo)聯(lián)合轉(zhuǎn)碼下達(dá)到性能最優(yōu)。 本文根據(jù)移動(dòng)視頻監(jiān)控的特性及需求，針對(duì)視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)展開研究，主要包括語法格

3、式轉(zhuǎn)碼、碼率轉(zhuǎn)碼、分辨率轉(zhuǎn)碼、容錯(cuò)信息嵌入轉(zhuǎn)碼，以及組合多個(gè)轉(zhuǎn)碼過程的多目標(biāo)聯(lián)合轉(zhuǎn)碼技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容概括如下： 首先對(duì)視頻轉(zhuǎn)碼相關(guān)技術(shù)進(jìn)行概述，簡(jiǎn)單介紹視頻壓縮編碼的一些基本概念，并回顧了視頻編碼技術(shù)的發(fā)展歷史和基本框架，重點(diǎn)介紹最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264；隨后介紹轉(zhuǎn)碼技術(shù)，包括其技術(shù)目標(biāo)、框架結(jié)構(gòu)及功能分類；最后簡(jiǎn)要介紹其他與移動(dòng)視頻監(jiān)控密切相關(guān)的視頻技術(shù)，并對(duì)容易混淆的術(shù)語進(jìn)行約定。 為支持各種視頻格式之間的快速

4、透明訪問，研究以MPEG-4為代表的以往標(biāo)準(zhǔn)到H.264的語法格式轉(zhuǎn)碼。分析H.264與MPEG-4編碼工具的異同點(diǎn)，并對(duì)其中計(jì)算復(fù)雜度最高的模式?jīng)Q策及運(yùn)動(dòng)估計(jì)展開研究。提出三種候選編碼模式預(yù)測(cè)與優(yōu)化技術(shù)，以減少甚至直接得到運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模式；還提出一種時(shí)空結(jié)合的多參考幀運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)，相比只利用時(shí)間相關(guān)性的算法，有效提高了運(yùn)動(dòng)矢量的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性；最后提出一種自適應(yīng)搜索范圍選擇算法，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)碼速度。針對(duì)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)帶寬差異大、波動(dòng)大的

5、特點(diǎn)，通過碼率控制實(shí)現(xiàn)碼率轉(zhuǎn)碼，并研究低復(fù)雜度碼率控制算法。針對(duì)視頻監(jiān)控的特點(diǎn)，提出一種根據(jù)復(fù)雜度和緩存器數(shù)據(jù)水平分配比特?cái)?shù)的幀層碼率控制技術(shù)，有效保證畫面質(zhì)量的平滑；針對(duì)基于率失真模型的傳統(tǒng)碼率控制方法計(jì)算量大的缺陷，提出一種基于查詢表的宏塊層碼率控制策略，在保證視頻質(zhì)量的同時(shí)，有效降低計(jì)算復(fù)雜度。 針對(duì)移動(dòng)終端處理、顯示能力有限，且具有異構(gòu)性的特點(diǎn)，研究適用于H.264的任意比率分辨率下采樣轉(zhuǎn)碼快速算法。分析H.264在運(yùn)動(dòng)

6、估計(jì)、補(bǔ)償塊尺寸等方面的特性，及其對(duì)分辨率轉(zhuǎn)碼造成的影響；在此基礎(chǔ)上對(duì)宏塊編碼方式確定、運(yùn)動(dòng)矢量重建及Inter宏塊模式?jīng)Q策等內(nèi)容展開研究。提出一種適用于H.264的運(yùn)動(dòng)矢量重建算法，能較準(zhǔn)確地得到任意比率分辨率下采樣后，各個(gè)新運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)值；提出一種自底向上合并的快速模式?jīng)Q策技術(shù)，以犧牲少量畫面質(zhì)量為代價(jià)獲得非?？捎^的轉(zhuǎn)碼速度提升。 針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸差錯(cuò)率高、帶寬窄的特點(diǎn)，研究基于敏感區(qū)域(ROI)保護(hù)的容錯(cuò)信息嵌

7、入轉(zhuǎn)碼。在移動(dòng)視頻監(jiān)控應(yīng)用中，轉(zhuǎn)碼階段嵌入容錯(cuò)信息相比傳統(tǒng)的編碼源嵌入方式，能夠更好地把握客戶端網(wǎng)絡(luò)狀況，控制容錯(cuò)信息冗余度。提出一種低復(fù)雜度的敏感宏塊自動(dòng)識(shí)別機(jī)制，根據(jù)一系列編碼參數(shù)，預(yù)測(cè)宏塊丟失對(duì)視頻質(zhì)量的影響值，從而判別敏感宏塊。隨后對(duì)敏感宏塊的保護(hù)策略展開分析，并比較Intra宏塊刷新及運(yùn)動(dòng)矢量保護(hù)兩種方法的性能。 最后研究組合碼率、幀率、分辨率、容錯(cuò)信息嵌入及語法格式轉(zhuǎn)換的多目標(biāo)聯(lián)合轉(zhuǎn)碼技術(shù)。在實(shí)際的移動(dòng)視頻監(jiān)控應(yīng)用中