廣電技術在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換及應用

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，與廣電領域產(chǎn)生了更多的交集。安防現(xiàn)在經(jīng)歷的高清、網(wǎng)絡、開放、智能等，如果廣電領域不具備這些能力根本無從談起。本文以廣電領域ASMF系統(tǒng)技術、智能轉(zhuǎn)場識別技術、MSB技術在安防行業(yè)的應用為例，探討廣電技術在安防產(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，帶動了安防技術的迅速發(fā)展和提升。近年來的發(fā)展表明，安防技術的總體趨勢是朝著高清化、智能化、網(wǎng)絡化的方向大步邁進。而在廣電領域，通過多年的發(fā)展，高清制播、圖像智能化分析和全臺網(wǎng)絡化等技術已非常成熟，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)

編碼結構

　　高質(zhì)量、高效率的編解碼器是高清圖像處理的關鍵，能同時支持高效全格式幀精確編解碼的技術是構建高清安防系統(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，結合安防監(jiān)控高清碼流數(shù)據(jù)的特點，我們在MXF基礎上設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)、時間長度等基本結構信息，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)