視頻編碼器的應用及開發

摘 要:本文就國內視頻編碼器的現狀，視頻編碼器產品的關鍵技術和未來發展方向進行了歸納總結，在此基礎之上，對視頻編碼器產品的在鐵路行業的應用和開發進行了論述。

關鍵詞:視頻編碼器 H.264 高鐵應用

中圖分類號:P212.6文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0036-01

隨著舉世矚目的京滬高鐵的全線貫通，標志著中國進入了高鐵時代。高速鐵路的快速發展使得對運輸安全的重視也達到了前所未有的高度，鐵路綜合視頻監控系統就是高鐵通信運維系統內一個重要的組成部分。采用網絡化、數字化視頻監控技術和IP傳輸方式構建的視頻監控系統，可以提供鐵路各業務部門和信息系統所需的視頻信息，實現網絡和視頻信息資源共享。視頻編碼器作為鐵路綜合視頻監控系統組成的核心產品，在系統內起著重要的作用。因此，本文將對視頻編碼器產品的現狀和關鍵技術進行闡述，并結合鐵路行業的應用和未來發展方向，對產品的開發進行分析論述。

1 視頻編碼器的現狀

視頻監控技術從發展之初至今已經經歷了翻天覆地的變化，從上世紀70年代的模擬視頻監控技術，到上世紀90年代末期開始發展的數字視頻監控，再到近幾年逐步發展起來的大規模網絡數字視頻監控技術，綜合視頻監控系統已經進入到了網絡化，數字化的時代。視頻編碼器作為綜合視頻監控系統中的核心產品，主要完成模擬視頻的采集及數字化，數字視頻的高效壓縮及網絡傳輸。其最核心的技術是內置于其中的視頻編碼算法。視頻編碼算法從最開始的MPEG-2、MPEG-4到今天的H.264算法，編碼算法越來越復雜，壓縮比也越來越高。視頻編碼器的輸入分辨率已經從CIF(352*288)發展到D1(704*576)，并且現在具有1080P(1920*1080)高清分辨率的產品已經出現。目前國內在視頻編碼器產品設計開發領域技術比較領先的企業是海康和大華。具體來說，海康的規模最大，性能較為穩定，但是機型簡單。大華的機型非常豐富，滿足各個層次需要，開發能力強，性能稍差。國鐵華晨是在視頻編碼器領域里新涌現出的一個具有核心技術競爭力的企業，熟悉鐵路行業應用需求，技術過硬，產品性能穩定。

2 產品的關鍵技術

視頻編碼器的主要功能包括視頻圖像實時采集、編碼壓縮、網絡實時傳輸、語音編碼、報警控制、云臺控制等方面，其核心功能是視頻圖像實時編碼壓縮。隨著視頻處理芯片功能的不斷進步和增強，單芯片的視頻編碼能力從多路CIF，發展到單路D1、多路D1甚至多路混合流編碼。目前，主流的產品采用的編碼算法是符合國際視頻主流壓縮標準的H.264壓縮算法。H.264是由ITU-T視頻編碼專家組和ISO/IEC移動圖像專家組MPEG共同提出的最新國際視頻編碼標準。它在H.263、MPEG4視頻壓縮標準的基礎上，做了進一步的改進和擴展。其目的是為了在確保獲得相同圖像質量的情況下，進一步降低編碼碼率，提高壓縮效率。

硬件編碼芯片的選型決定了視頻編碼器產品能否高效地運轉，目前主流的音視頻處理芯片廠商包括美國的德州儀器(TI)公司，深圳的海思、NXP公司等。其中，美國TI公司無疑是這個行業的領頭羊，針對不同的視頻編碼器需求有各個檔次的產品，其DaVinci平臺下的TMS320DM6467芯片，專門針對4路D1需求。該芯片實現了在各種視頻終端產品間的無縫內容傳輸，集成了ARM926EJ-S內核與600MHz C64x+ DSP內核，并采用高清視頻／影像協處理器(HD-VICP)、視頻數據轉換引擎以及目標視頻端口接口。在執行H.264的同步多格式高清編碼、解碼與轉碼方面，實現了超過3GHz的DSP處理能力，因此比普通DaVinci處理器性能更為強大。

視頻編碼器產品本身需具備靈活豐富的應用功能。目前的主流編碼器支持D1/CIF分辨率雙碼流編碼、傳輸，并提供報警輸入和報警輸出，視頻幀率可調，編碼碼率可調。并且提供圖像OSD功能，在錄像通道畫面上顯示時間、日期、攝像機名稱編號和狀態等信息，以方便識別。編碼器產品需支持關鍵幀設置，同時對于輸入圖像的亮度、色度、對比度和飽和度均可根據客戶需要進行調整。支持圖像分發功能，并提供多種管理權限。特別的，由于鐵路行業供電具有行業自身的特色，因此針對鐵路行業應用，除了提供交流220V電源外，還需提供直流-48V電源供電。

從算法到硬件編碼芯片選型，再到編碼器的功能是一個有機的整體，只有這三方面的技術協調統一，都達到一個很高的水平，才能使自主開發的編碼器產品具備核心競爭力。

3 產品未來發展方向

高清和智能化是編碼器產品未來兩個重要的發展方向。在大規模網絡化應用普及的時候，我們已經沒有辦法用人來實現有效的視頻查看和管理了，而智能分析技術給機器提供了比人眼更為敏銳的視覺，并為事后處理提供了很好的判斷依據。智能化能夠使機器擁有視覺和判斷力，尤其現在平安城市的建設已經全面展開，設想一下一個城市裝上了成千上萬個攝像機，管理和維護工作非常復雜，如果發生了突發事件，在一個龐大的海量視頻系統里面去查詢一些關鍵視頻信息，是非常困難的。如果對于輸入的視頻能夠實現實時的智能分析，并上報給監測管理者，就能夠及時地對出現的問題進行快速響應，使問題得以及時解決。

從圖像感受來看，高清晰的圖像質量需求已經被廣泛提出。高清數字網絡攝像機產品(IP Camera)的應用市場會逐漸形成。高清攝像機產品本身將攝像機的功能和高清編碼器的功能和二為一，其充分體現了產品的靈活性，高度集成性，功能強大。相信在不久的將來，高清攝像機會成為視頻監控領域內的主流產品。

4 結語

在數字化、網絡化迅猛發展的今天，鐵路也需要更強大的安全保障。綜上所述，我們可以清楚地看到:高清化、智能化、高度集成化監控、是未來視頻監控重要的發展方向，也是建立大規模綜合視頻監控系統的技術基礎。隨著中國高鐵的快速發展和建設，大規模的網絡綜合視頻監控系統將會不斷被應用，這也將對視頻監控技術和產品的發展起到很強的促進作用。更智能、更全面、更快速的視頻監控系統建設將為未來提供一個高效、實時的工作平臺，為縱貫東西南北的全國的鐵路網絡提供最有力的保障。