廣電技術(shù)在視頻監控系統中的轉換及應用

隨著(zhù)IP高清監控逐漸成為安防的發(fā)展趨勢，越來(lái)越多的監控設備和管理系統在參考系數以及應用和功能等方面，與廣電領(lǐng)域產(chǎn)生了更多的交集。安防現在經(jīng)歷的高清、網(wǎng)絡(luò )、開(kāi)放、智能等，如果廣電領(lǐng)域不具備這些能力根本無(wú)從談起。本文以廣電領(lǐng)域ASMF系統技術(shù)、智能轉場(chǎng)識別技術(shù)、MSB技術(shù)在安防行業(yè)的應用為例，探討廣電技術(shù)在安防產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展趨勢，以為業(yè)內人士提供借鑒。

　　近兩年，安防行業(yè)高速發(fā)展，“平安中國”、“平安城市”以及奧運會(huì )的承辦為我國安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入勃勃生機，也為我國的安防產(chǎn)業(yè)、企業(yè)提供了快速發(fā)展的機遇，帶動(dòng)了安防技術(shù)的迅速發(fā)展和提升。近年來(lái)的發(fā)展表明，安防技術(shù)的總體趨勢是朝著(zhù)高清化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化的方向大步邁進(jìn)。而在廣電領(lǐng)域，通過(guò)多年的發(fā)展，高清制播、圖像智能化分析和全臺網(wǎng)絡(luò )化等技術(shù)已非常成熟，在各個(gè)電視臺中已經(jīng)普遍應用。

　　ASMF高碼率可滿(mǎn)足安防高清需求

　　最初，“高清”概念與標準是廣播電視業(yè)提出的。主要有三種標準：720P、1080i、1080P，其畫(huà)面寬高比定義為16:9。720P即是1280×720分辨率，1080i與1080P是1920×1080分辨率，后綴“i”和“p”分別表示隔行掃描與逐行掃描。其中，1080P是最高等級的高清視頻清晰度標準。對于快速移動(dòng)目標的圖像采集，相比隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動(dòng)態(tài)圖像，隔行掃描將會(huì )產(chǎn)生圖像晃動(dòng)現象。高清視頻編碼最常用的編碼格式是MPEG-2、MPEG-4、H.264和VC-1這四種算法。H.264相對于MPEG-2、 MPEG-4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。(見(jiàn)圖1)

編碼結構

　　高質(zhì)量、高效率的編解碼器是高清圖像處理的關(guān)鍵，能同時(shí)支持高效全格式幀精確編解碼的技術(shù)是構建高清安防系統的必要條件。在廣電，根據高清節目的內容采用了不同的碼率，如低端的新聞、教育等節目的制作采用較低的18Mbps的碼率，而高端的節目制作，包括電視劇、體育等一般采用200Mbps的碼率。相對于安防4Mbps到10Mbps的高清碼率，廣電節目制作系統對高清圖像的編解碼實(shí)時(shí)處理要求遠超過(guò)安防高清系統的要求。

　　我們知道MPEG系列壓縮保準的數據流主要是由I、B、P幀構成的圖像組(GOP)為一個(gè)單元，只有I幀是全幀(參考幀)，而B(niǎo)、P是預測幀，在數據流播放過(guò)程中，若直接對碼流進(jìn)行切換，必須等到I幀到來(lái)，這樣就產(chǎn)生了時(shí)延，延遲時(shí)間取決于圖像組(GOP)的長(cháng)度。是否不必從I幀作為入口，而做到精確任意幀播放和檢索?這是可以的，在廣電的非線(xiàn)性編輯系統中就實(shí)現了幀精確的播放和快速連續搜索，在播放和搜索過(guò)程中，可流暢地看到每一幀，并能精確地停在任何一幀(I、B、P幀)，可以逐幀搜索，還可實(shí)現精確快速連續倒放和逐幀倒放搜索。同樣，對于H.264、MPEG-4壓縮格式也實(shí)現了毫秒級響應的幀精確定位。而在安防領(lǐng)域目前普遍只做到了秒級檢索定位。

　　眾所周知，高清意味著(zhù)高碼率，如何在實(shí)現高碼率數據存儲時(shí)，兼顧高安全性、高實(shí)時(shí)性、高性能的要求?為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們需從文件格式著(zhù)手。MXF是英文Material Exchange Format(文件交換格式)的詞頭縮寫(xiě)，MXF被設計可用于包裝MPEG–2數據流、DV數據流、YUV數據流、PCM音頻文件以及幾種格式的數據庫文件(同步或非同步模式)。MXF可以同時(shí)處理打包多條軌道的音視頻和數據庫文件，它被設計為既支持流媒體傳輸又支持文件的傳輸。在專(zhuān)業(yè)廣播電視環(huán)境中MXF被廣泛使用，結合安防監控高清碼流數據的特點(diǎn)，我們在MXF基礎上設計了一種專(zhuān)用于高清圖像存儲的格式，稱(chēng)為高級媒體文件系統(Advanced Security Media Format)縮寫(xiě)為ASMF。

　　文件由文件頭、文件體和文件尾組成。文件頭作為文件的開(kāi)始包含了該文件視音頻軌道數、時(shí)間長(cháng)度等基本結構信息，文件體用來(lái)存放視音頻數據和對應的索引等信息，文件尾作為文件結束點(diǎn)，用來(lái)包含最終的媒體和元數據信息，同時(shí)可以利用其中的關(guān)閉與否的標記，來(lái)決定更新信息是否可用。

　　ASMF完全獨立于操作系統，直接對磁盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，具有極高的I/O讀寫(xiě)性能，全面滿(mǎn)足高清系統讀寫(xiě)要求。通過(guò)智能磁盤(pán)I/O調度算法，可有效避免磁盤(pán)讀寫(xiě)“沖突”。分散式實(shí)時(shí)備份的ASMF RAID能夠提供大于RAID0+1的數據安全性，確保磁盤(pán)意外損壞的情況下讓數據不受到影響。(見(jiàn)圖2)