基于SAA6752HS 的嵌入式視頻監(jiān)控和傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

人類接受信息中有70%是視頻信息。相對(duì)于語(yǔ)音和文字信息來(lái)說(shuō)，視頻信息更直觀，信息量更大，處理和傳輸技術(shù)也更為復(fù)雜。視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為視頻技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，在軍事安全等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要采用模擬和數(shù)字兩種技術(shù)。數(shù)字視頻技術(shù)不僅能減少視頻傳輸引起的失真，還能對(duì)視頻信息進(jìn)行分析、識(shí)別及有效信息提取。因此隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字視頻監(jiān)控將成為今后的發(fā)展方向。

數(shù)字視頻監(jiān)控的一項(xiàng)核心技術(shù)是視頻壓縮技術(shù)。視頻信號(hào)包含大量的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)壓縮手段把信息數(shù)據(jù)量壓下來(lái)，以壓縮形式存儲(chǔ)和傳輸，既緊縮了存儲(chǔ)空間，又提高了通信干線的傳輸效率，同時(shí)也使計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理音頻、視頻信息，以保證播放出高質(zhì)量的視頻、音頻節(jié)目成為可能。MPEG-2 標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)動(dòng)圖像專家組于1995 年正式公布的。它的用處在于可以使運(yùn)動(dòng)視音頻數(shù)據(jù)作為一種計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)據(jù)形式，并且可以存儲(chǔ)在各種存儲(chǔ)媒體上，可以在現(xiàn)存或未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送、接受，并且可以在現(xiàn)存或未來(lái)的廣播信道上傳播。本文討論的就是一種采用MPEG-2 壓縮標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

MPEG-2 視頻數(shù)據(jù)壓縮原理

MPEG-2 圖像壓縮的原理是利用了圖像中的兩種特性：空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。利用離散余弦變換(DCT) 編碼技術(shù)降低空間數(shù)據(jù)相關(guān)性；運(yùn)動(dòng)估計(jì)和預(yù)測(cè)技術(shù)降低鄰近幀像素的時(shí)間相關(guān)性來(lái)實(shí)現(xiàn)幀間數(shù)據(jù)壓縮。MPEG-2 基本編解碼模型如圖1 所示。圖中虛線上半部分完成視頻編碼功能，虛線下半部分完成視頻解碼功能。

編碼器中的預(yù)處理器對(duì)原始圖像中的噪聲進(jìn)行過(guò)濾，并將圖像分割成宏塊。對(duì)于幀內(nèi)編碼，宏塊經(jīng)過(guò)DCT 變換、量化和變長(zhǎng)編碼后輸出壓縮的視頻數(shù)據(jù)；對(duì)于幀間編碼，運(yùn)動(dòng)估計(jì)對(duì)宏塊的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估測(cè)和補(bǔ)償來(lái)減少圖像的時(shí)序冗余；圖像預(yù)測(cè)器根據(jù)參考幀來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前幀，兩者之間的差值經(jīng)過(guò)DCT變換、量化和變長(zhǎng)編碼后輸出，由于差值較小可以使編碼所需比特?cái)?shù)減少很多；逆量化和IDCT的目的是為了完成參考幀的重現(xiàn)。解碼器中變長(zhǎng)解碼、逆量化和IDCT重構(gòu)幀內(nèi)編碼的圖像，圖像預(yù)測(cè)器根據(jù)參考幀和運(yùn)動(dòng)矢量完成幀間編碼圖像的重現(xiàn)。

圖1 　MPEG-2 編解碼模型圖