摘 要:本文就國內(nèi)視頻編碼器的現(xiàn)狀，視頻編碼器產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)和未來發(fā)展方向進(jìn)行了歸納總結(jié)，在此基礎(chǔ)之上，對視頻編碼器產(chǎn)品的在鐵路行業(yè)的應(yīng)用和開發(fā)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞:視頻編碼器 H.264 高鐵應(yīng)用

中圖分類號:P212.6文獻(xiàn)標(biāo)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(biāo)志著中國進(jìn)入了高鐵時代。高速鐵路的快速發(fā)展使得對運輸安全的重視也達(dá)到了前所未有的高度，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是高鐵通信運維系統(tǒng)內(nèi)一個重要的組成部分。采用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化視頻監(jiān)控技術(shù)和IP傳輸方式構(gòu)建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以提供鐵路各業(yè)務(wù)部門和信息系統(tǒng)所需的視頻信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和視頻信息資源共享。視頻編碼器作為鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成的核心產(chǎn)品，在系統(tǒng)內(nèi)起著重要的作用。因此，本文將對視頻編碼器產(chǎn)品的現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述，并結(jié)合鐵路行業(yè)的應(yīng)用和未來發(fā)展方向，對產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)行分析論述。

1 視頻編碼器的現(xiàn)狀

視頻監(jiān)控技術(shù)從發(fā)展之初至今已經(jīng)經(jīng)歷了翻天覆地的變化，從上世紀(jì)70年代的模擬視頻監(jiān)控技術(shù)，到上世紀(jì)90年代末期開始發(fā)展的數(shù)字視頻監(jiān)控，再到近幾年逐步發(fā)展起來的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入到了網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化的時代。視頻編碼器作為綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心產(chǎn)品，主要完成模擬視頻的采集及數(shù)字化，數(shù)字視頻的高效壓縮及網(wǎng)絡(luò)傳輸。其最核心的技術(shù)是內(nèi)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(fù)雜，壓縮比也越來越高。視頻編碼器的輸入分辨率已經(jīng)從CIF(352*288)發(fā)展到D1(704*576)，并且現(xiàn)在具有1080P(1920*1080)高清分辨率的產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)。目前國內(nèi)在視頻編碼器產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域技術(shù)比較領(lǐng)先的企業(yè)是?？岛痛笕A。具體來說，?？档囊?guī)模最大，性能較為穩(wěn)定，但是機(jī)型簡單。大華的機(jī)型非常豐富，滿足各個層次需要，開發(fā)能力強(qiáng)，性能稍差。國鐵華晨是在視頻編碼器領(lǐng)域里新涌現(xiàn)出的一個具有核心技術(shù)競爭力的企業(yè)，熟悉鐵路行業(yè)應(yīng)用需求，技術(shù)過硬，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。

2 產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)

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(wǎng)絡(luò)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(jìn)步和增強(qiáng)，單芯片的視頻編碼能力從多路CIF，發(fā)展到單路D1、多路D1甚至多路混合流編碼。目前，主流的產(chǎn)品采用的編碼算法是符合國際視頻主流壓縮標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。它在H.263、MPEG4視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，做了進(jìn)一步的改進(jìn)和擴(kuò)展。其目的是為了在確保獲得相同圖像質(zhì)量的情況下，進(jìn)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(chǎn)品能否高效地運轉(zhuǎn)，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(yè)的領(lǐng)頭羊，針對不同的視頻編碼器需求有各個檔次的產(chǎn)品，其DaVinci平臺下的TMS320DM6467芯片，專門針對4路D1需求。該芯片實現(xiàn)了在各種視頻終端產(chǎn)品間的無縫內(nèi)容傳輸，集成了ARM926EJ-S內(nèi)核與600MHz C64x+ DSP內(nèi)核，并采用高清視頻／影像協(xié)處理器(HD-VICP)、視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎以及目標(biāo)視頻端口接口。在執(zhí)行H.264的同步多格式高清編碼、解碼與轉(zhuǎn)碼方面，實現(xiàn)了超過3GHz的DSP處理能力，因此比普通DaVinci處理器性能更為強(qiáng)大。

視頻編碼器產(chǎn)品本身需具備靈活豐富的應(yīng)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(diào)，編碼碼率可調(diào)。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(jī)名稱編號和狀態(tài)等信息，以方便識別。編碼器產(chǎn)品需支持關(guān)鍵幀設(shè)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(jù)客戶需要進(jìn)行調(diào)整。支持圖像分發(fā)功能，并提供多種管理權(quán)限。特別的，由于鐵路行業(yè)供電具有行業(yè)自身的特色，因此針對鐵路行業(yè)應(yīng)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(jī)的整體，只有這三方面的技術(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，都達(dá)到一個很高的水平，才能使自主開發(fā)的編碼器產(chǎn)品具備核心競爭力。

3 產(chǎn)品未來發(fā)展方向

高清和智能化是編碼器產(chǎn)品未來兩個重要的發(fā)展方向。在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用普及的時候，我們已經(jīng)沒有辦法用人來實現(xiàn)有效的視頻查看和管理了，而智能分析技術(shù)給機(jī)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(jù)。智能化能夠使機(jī)器擁有視覺和判斷力，尤其現(xiàn)在平安城市的建設(shè)已經(jīng)全面展開，設(shè)想一下一個城市裝上了成千上萬個攝像機(jī)，管理和維護(hù)工作非常復(fù)雜，如果發(fā)生了突發(fā)事件，在一個龐大的海量視頻系統(tǒng)里面去查詢一些關(guān)鍵視頻信息，是非常困難的。如果對于輸入的視頻能夠?qū)崿F(xiàn)實時的智能分析，并上報給監(jiān)測管理者，就能夠及時地對出現(xiàn)的問題進(jìn)行快速響應(yīng)，使問題得以及時解決。

從圖像感受來看，高清晰的圖像質(zhì)量需求已經(jīng)被廣泛提出。高清數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品(IP Camera)的應(yīng)用市場會逐漸形成。高清攝像機(jī)產(chǎn)品本身將攝像機(jī)的功能和高清編碼器的功能和二為一，其充分體現(xiàn)了產(chǎn)品的靈活性，高度集成性，功能強(qiáng)大。相信在不久的將來，高清攝像機(jī)會成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域內(nèi)的主流產(chǎn)品。

4 結(jié)語

在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化迅猛發(fā)展的今天，鐵路也需要更強(qiáng)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(jiān)控、是未來視頻監(jiān)控重要的發(fā)展方向，也是建立大規(guī)模綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著中國高鐵的快速發(fā)展和建設(shè)，大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會不斷被應(yīng)用，這也將對視頻監(jiān)控技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展起到很強(qiáng)的促進(jìn)作用。更智能、更全面、更快速的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)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(wǎng)絡(luò)提供最有力的保障。