7.2 监控视频编码的标准在线视频

大家好

本节讲一下

关于监控视频编码标准的相关内容

首先图1所示的是一个

视频编码的过程简图

我们在使用编码器

对视频编码的时候

是按照下面流程进行的

首先是对一个YUV的视频

进行采集

采集后的视频信号

会经过编码器进行处理

最后压缩成相关的一个码流

码流的话

就是一些01的一个比特位

因为我们现在使用的

多媒体通信系统都是数字系统

它只能识别01两种信号

所以说码流的话

它其实就是一个01的

比特位流

然后这个流

再通过后续的加密打包等操作

然后进行传输

所以说码流里边它分两部分

一个就是头比特

另外一个就是纹理比特

所以说视频编码标准

它规定的是什么内容

它规定的就是视频码流里边

01比特位它表征的一个语法

或者语义

它不规定具体的编码技术

但是他会推荐

相应的一些编码技术

视频编码标准

它不规定编码技术

它有一个好处就是这样可以促进

各个编码器的一些生产厂家

来研发相应的编码技术

来提高编码器的一个性能

只要编码厂家

我不管你用什么编码技术

只要你生成的码流

符合我标准中规定的语法语义

这样的话就可以进行在系统中

进行无损的一个进行传输

图2所示是视频编码标准的

一个发展历程

从上个世纪80年代开始

有了数字视频

针对数字视频

各式各样的数字视频的

一个编码标准

从上世纪80年代到现在

视频编码标准

已经经历了三四十年的发展

图2中有四行

然后从第二行到第三行

都是国际视频编码标准的发展的过程

目前针对国际视频编码标准

有三大组织来制定相应的标准

第二行所示的ITU

ITU是国际电信联盟

他制定的标准

命名规则的都是H.26X系列

X1345数字

然后另外制定国际视频编码标准

的两大组织是ISO和IEC

ISO

它的中文名字叫国际标准化组织

IEC是国际电工委员会

ISO和IEC

经常两个组织成立协作小组

来制定编码标准

他们制定编码标准的命名规则

叫MPEG系列

MPEG-134等等

然后目前针对高清视频

已经发布的最新编码标准

是H.265/HEVC标准

这个标准是ITU和ISO/IEC

共同成立的视频编码协作组

来制定发布的

目前最新的正在制定过程中的

视频编码标准是VVC

也叫做H.266

也是ITU和ISO/IEC

3大组织

合作进行研发的

VVC或者H.266

它是面向4K以上的更高清的视频

来制定的一个国际标准

以上是国际视频编码标准的

发展的过程

国内就是我们国内从2010年左右

也针对视频做了一些视频编码的标准

如图2所示的第一行

我们国内制定的

视频编码标准的命名规则

称之为AVS系列

AVS1AVS2

目前正在制定的是

最新的是AVS3

关于视频编码标准的相关的内容

大家可以参考

文献1到文献3的一些相关内容

图3是目前已经发布的

针对高清视频的最新的标准

H.265/HEVC的一个编码框架

下面以这个图为例

简单说一下

H.265/HEVC的一个编码的过程

首先对于一个视频一个YUV的视频

我们可以认为

它是一个时域上多幅图像的一个集合

多幅图像的集合

然后一个图像

我们又可以认为

它是一个二维的像素点阵

在视频编码的时候

它不是以图像为单位来编码的

他要把图像划分成小块

以块为单位来进行编码

在265中

块的名字叫做CTU

中文对应的就是编码树状单元

它最大是64×64的一个像素块

最小是4×4的一个像素块

然后把像素块

首先要经过帧内预测

帧内预测

它主要是消除视频中的空域冗余

视频中的空域冗余

直观的可以理解为

就是一幅图像中

相邻像素点取值的一个相关性

然后经过帧内预测之后

再经过帧间预测

帧间预测

主要是去除视频中的时域冗余

时域冗余

可以直观的理解为视频中相邻图像

相同空间位置像素点的

一个取值的相关性

经过帧内预测经过帧间预测之后

当前的块

就可以找到一个最优的匹配块

然后将最优的匹配块

和当前块相减

就可以得到一个残差块

残差块再依次

经过变换和量化处理

变换在H.265/HEVC中

使用的是离散余弦变换

变换的一个主要作用

就是将能量进行集中

把像素域的信号

变换到频域里去

然后变换后的信号

再经过量化进行处理

量化里边非常重要的一个编码参数

就是量化参数的选择

量化参数在H.265和HEVC标准中

它是取0-51之间的一个整数

这个值越大

图像量化的就越粗糙

图像质量就会越差

当然相应的码率也就会越低

经过量化后的信号

再经过熵编码环路滤波重建等过程

熵编码主要是去除视频中的熵冗余

最常见的大家在本科阶段学过的

最常见的熵编码方法

是霍夫曼编码

但是在H.265和HEVC标准中

使用的熵编码方法

叫做CABAC

中文对应的名字

是基于上下文的自适应编码

然后视频信号

也会经过环路滤波过程

环路滤波有两个滤波器

一个滤波器是去方块滤波器

另外一个滤波器是SAO滤波器

滤波器的主要作用

就是使重建视频的信号质量更好

去方块滤波器

主要是去除视频图像中的方块效应

然后SAO滤波器

主要是去除视频图像中的振铃效应

以上就是H.265/HEVC的

一个编码的基本过程

图4是所示的

目前我们国内已经发布的

比较新的

国内标准有时候也称之为国家标准

叫AVS-S2

AVS-S2

是针对监控视频提出来的

一个标准或者说档次

相比于我们普通的电影电视的视频

监控视频有一个很大的特点

它的背景几乎是不动的

动的只是前景中的人或车

我们称之为背景不动

引起的这种冗余信息

称之为叫做背景冗余

所以说相比于H.265和HEVC

AVS-S2这个标准

它主要的一个创新

就是通过引入场景视频编码技术

主要包含背景建模背景预测等

有效的消除监控视频中的

一些背景冗余信息

这是它的一个主要创新

由图4所示

就是AVS-S2的一个编码的基本流程

其实它主要的编码框架

跟前面讲的

H.265/HEVC的一个编码框架类似

也是主要包含

帧内预测帧间预测变换量化

熵编码环路滤波还有重建等等过程

关于AVS-S2这个标准

大家可以参考

文献4和文献5的相关内容

另外关于这个标准

我们也有一本书推荐给大家

叫做监控视频高效编码与智能分析

这本书里边

对于AVS-S2这个标准的

来龙去脉

以及相应的编码技术

都有比较详细的中文描述

大家可以参考

好的

以上就是本节内容

谢谢大家