廣電技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

隨著IP高清監(jiān)控逐漸成為安防的發(fā)展趨勢，越來越多的監(jiān)控設(shè)備和管理系統(tǒng)在參考系數(shù)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(xiàn)在經(jīng)歷的高清、網(wǎng)絡(luò)、開放、智能等，如果廣電領(lǐng)域不具備這些能力根本無從談起。本文以廣電領(lǐng)域ASMF系統(tǒng)技術(shù)、智能轉(zhuǎn)場識別技術(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(nèi)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，帶動了安防技術(shù)的迅速發(fā)展和提升。近年來的發(fā)展表明，安防技術(shù)的總體趨勢是朝著高清化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向大步邁進。而在廣電領(lǐng)域，通過多年的發(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，在各個電視臺中已經(jīng)普遍應用。

ASMF高碼率可滿足安防高清需求

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態(tài)圖像，隔行掃描將會產(chǎn)生圖像晃動現(xiàn)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。(見圖1)

編碼結(jié)構(gòu)

高質(zhì)量、高效率的編解碼器是高清圖像處理的關(guān)鍵，能同時支持高效全格式幀精確編解碼的技術(shù)是構(gòu)建高清安防系統(tǒng)的必要條件。在廣電，根據(jù)高清節(jié)目的內(nèi)容采用了不同的碼率，如低端的新聞、教育等節(jié)目的制作采用較低的18Mbps的碼率，而高端的節(jié)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(jié)目制作系統(tǒng)對高清圖像的編解碼實時處理要求遠超過安防高清系統(tǒng)的要求。

我們知道MPEG系列壓縮保準的數(shù)據(jù)流主要是由I、B、P幀構(gòu)成的圖像組(GOP)為一個單元，只有I幀是全幀(參考幀)，而B、P是預測幀，在數(shù)據(jù)流播放過程中，若直接對碼流進行切換，必須等到I幀到來，這樣就產(chǎn)生了時延，延遲時間取決于圖像組(GOP)的長度。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，在廣電的非線性編輯系統(tǒng)中就實現(xiàn)了幀精確的播放和快速連續(xù)搜索，在播放和搜索過程中，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，還可實現(xiàn)精確快速連續(xù)倒放和逐幀倒放搜索。同樣，對于H.264、MPEG-4壓縮格式也實現(xiàn)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，高清意味著高碼率，如何在實現(xiàn)高碼率數(shù)據(jù)存儲時，兼顧高安全性、高實時性、高性能的要求?為了解決這個問題，我們需從文件格式著手。MXF是英文Material Exchange Format(文件交換格式)的詞頭縮寫，MXF被設(shè)計可用于包裝MPEG–2數(shù)據(jù)流、DV數(shù)據(jù)流、YUV數(shù)據(jù)流、PCM音頻文件以及幾種格式的數(shù)據(jù)庫文件(同步或非同步模式)。MXF可以同時處理打包多條軌道的音視頻和數(shù)據(jù)庫文件，它被設(shè)計為既支持流媒體傳輸又支持文件的傳輸。在專業(yè)廣播電視環(huán)境中MXF被廣泛使用，結(jié)合安防監(jiān)控高清碼流數(shù)據(jù)的特點，我們在MXF基礎(chǔ)上設(shè)計了一種專用于高清圖像存儲的格式，稱為高級媒體文件系統(tǒng)(Advanced Security Media Format)縮寫為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始包含了該文件視音頻軌道數(shù)、時間長度等基本結(jié)構(gòu)信息，文件體用來存放視音頻數(shù)據(jù)和對應的索引等信息，文件尾作為文件結(jié)束點，用來包含最終的媒體和元數(shù)據(jù)信息，同時可以利用其中的關(guān)閉與否的標記，來決定更新信息是否可用。

ASMF完全獨立于操作系統(tǒng)，直接對磁盤進行讀寫操作，具有極高的I/O讀寫性能，全面滿足高清系統(tǒng)讀寫要求。通過智能磁盤I/O調(diào)度算法，可有效避免磁盤讀寫“沖突”。分散式實時備份的ASMF RAID能夠提供大于RAID0+1的數(shù)據(jù)安全性，確保磁盤意外損壞的情況下讓數(shù)據(jù)不受到影響。(見圖2)

文件系統(tǒng)格式

同時，ASMF文件支持通道、多個不同時間片斷視音頻數(shù)據(jù)的聚合保存。使得各個音視頻片斷之間建立關(guān)聯(lián)，更加富有邏輯性。比如我們可以把一個案件相關(guān)的幾個攝像頭錄制的場景，幾個涉案人物對應的片段都存放在同一個文件中，與之相關(guān)的事件信息，場景描述信息，關(guān)鍵段落信息等元數(shù)據(jù)(MetaData)作為輔助和描述信息也保存在ASMF文件中，從而使資料使用過程中具有更好的訪問性能和更方便高效的提取和操作。

ASMF文件格式支持內(nèi)容的高效訪問和快速“幀精確”定位。支持多層、分布、金字塔式的超級索引模式，定位時采用逐層分段查詢訪問的方式，能夠快速精確定到文件中的任意幀及視頻段，而不需要分析整個索引，極大地提高文件定位和響應。

轉(zhuǎn)場智能識別技術(shù)在安防的應用

另一方面，廣電領(lǐng)域中獨具特色的智能化轉(zhuǎn)場識別技術(shù)也可用于安防系統(tǒng)。轉(zhuǎn)場是視頻場景與場景之間的過渡或轉(zhuǎn)換，例如在報道一家企業(yè)時，前一場最后一個鏡頭是在企業(yè)拍攝的產(chǎn)品，下一個鏡頭是在市場拍攝的產(chǎn)品，報道就由車間轉(zhuǎn)到了商店，由生產(chǎn)轉(zhuǎn)到了銷售，這個場景的轉(zhuǎn)換在廣電領(lǐng)域就稱為轉(zhuǎn)場。當時這個轉(zhuǎn)場智能識別技術(shù)被國外廠商所掌握，后來國內(nèi)的廠商通過自主研發(fā)掌握了轉(zhuǎn)場識別核心技術(shù)。

通過轉(zhuǎn)場智能識別技術(shù)，能對存儲的素材按轉(zhuǎn)場進行鏡頭分割，自動生成該素材的分鏡頭列表，并提供快速的分鏡頭定位。從目的上講，智能轉(zhuǎn)場識別與安防的移動偵測識別的目標是一致的，都是通過檢測圖像的畫面變化識別出不同的場景，不過轉(zhuǎn)場智能識別技術(shù)屬于更高級的視頻分析技術(shù)，識別的精度更高。并且基于轉(zhuǎn)場智能識別技術(shù)，可進一步實現(xiàn)圖像的黑場、彩條、雪花的檢測，這些技術(shù)在安防系統(tǒng)中可用于檢測攝像機的工作狀態(tài)，成為自動檢測攝像機圖像系統(tǒng)工作狀態(tài)的技術(shù)手段。