CN1688162A - 一种监控图像分辨率的编码方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种监控图像分辨率的编码方法及其装置，编码方法步骤如下：1)取奇、偶两场数字视频图像，反隔行变换成一帧D1图像；2)对图像做边界和缩放处理，转换成一帧PAL制式下：528象素点x 384象素点或NTSC制式下：528象素点x320象素点的图像。3)使用H.264压缩算法，将步骤2)的图像压缩成一帧DCIF图像。装置包括将摄像头输入的模拟视频信号转换成数字视频信号的视频转换单元、存储器和视频编码及信息处理单元。本发明编码输出的图像主观感觉质量好，在384Kbps到1024Kbps输出码流的情况下，较好的解决了数字化监控行业用户要求录像回放质量好、细节清晰的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控图像分辨率的编码方法及其装置，属于数据图像压缩处理领域。
背景技术
众所周知，衡量一幅数字监控图像质量好坏，除主观感觉外，还包括以下几项重要技术指标：输出图像的分辨率，输出图像的信噪比，输出图像的数据流大小。
目前视频监控行业中主要使用以下几种分辨率：
QCIF(quarter common intermediate format，四分之一公共中间格式)(PAL，Phase Alternating Line，逐行倒相，176象素点×144象素点；NationalTelevision System Committee，国家电视系统委员会，176象素点*120象素点)；
CIF(common intermediate format，公共中间格式)(PAL：352象素点×288象素点；NTSC：352象素点×240象素点)；
HALF D1(half first digital video format，二分之一第一数字视频格式)(PAL：720象素点×288象素点；NTSC：720象素点×240象素点)；
D1(first digital video format，第一数字视频格式)(PAL：720象素点×576象素点；NTSC：720象素点×480象素点)，这几种分辨率都存在不足之处。
1)QCIF分辨率虽然编码后的数据流小，但图像的象素点少，图像的分辨率不高，许多细节往往看不清楚，只少量应用在传输带宽严格受限的网络监控场合。
2)CIF分辨率是目前主流应用分辨率，数据流适中(384Kbps到1024Kbps)，如果信噪比在32dB以上，一般监控用户是可以接受的，但视频图像质量仍然不够理想，图像的分辨率仍然不够高。
3)HALF D1分辨率相对于CIF分辨率只是水平方向的象素增加，垂直方向没有变化，图像质量提高不是特别明显，但码流却增加很大，只在部分产品中使用。
4)D1分辨率图像清晰度好，满足高质量的要求，但是是以高码流、价格昂贵为代价的。采用目前的编码算法，它的码流降低到1024Kbps以内时，视频图像质量还不如CIF分辨率，而编码成本大幅度上升。只应用在部分高端场合。
数码监控应用，通常需要长时间、多路数录像，由于受到存储空间和传输带宽等的限制，视频码流最好不要高于CIF分辨率编码输出码流，即384Kbps到1024Kbps，高于这个码流，难以承受。因此，如何在保持384Kbps到1024Kbps输出码流的情况下，提高录像的回放图像画质，是目前数码监控行业，尤其是重要监控场所需要迫切解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种在384Kbps到1024Kbps输出码流的情况下，提高监控录像图像质量的图像分辨率的编码方法及其装置。
本发明的监控图像分辨率的编码方法，包括以下步骤：
1)将数字视频信号中的奇、偶两场，PAL制式下：720象素点×288象素点或NTSC制式下：720象素点×240象素点的图像，进行反隔行(deinterlace)变换，组成一帧PAL制式下：720象素点×576象素点或NTSC制式下：720象素点×480象素点的图像；
2)对步骤1)获得的图像做边界处理，去掉每一行最左和最右各8个象素点，变成一帧PAL制式下：704象素点×576象素点或NTSC制式下：704象素点×480象素点的图像；
3)对步骤2)获得的图像进行缩放处理，水平3/4缩小，垂直2/3缩小，转换成一帧PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320象素点的图像。
4)对步骤3)获得的图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320象素点的图像。
以PAL制式为例，由于本发明的图像分辨率528×384的总像素数正好是CIF(352×288)总像素数的两倍，为了与常说的2CIF(704象素点×288象素点，也叫Half D1)分辨率区分，以下我们将本发明编码的图像分辨率称之为DCIF(DOUBLE CIF，双CIF)。
实现上述监控图像分辨率编码方法的装置包括：将摄像头输入的模拟视频信号转换成数字视频信号的视频转换单元、存储器和视频编码及信息处理单元，视频转换单元的输入端与摄像头相连，视频转换单元的输出端及存储器分别连接到视频编码及信息处理单元。
本发明优点
(1)主观感觉图像质量好。在普遍以CIF为压缩分辨率的安防行业，本发明DCIF编码基本上是以CIF分辨率的带宽换取了比CIF分辨率更好，基本相当于4CIF分辨率的图像质量，而没有给存储和网络传输带来额外的压力。
(2)本发明DCIF(528×384)编码的分辨率相比较Half D1分辨率，在水平和垂直两个方向上更加均衡。
(3)本发明DCIF编码的分辨率能很好的兼顾数字化监控行业用户对较高图像质量和较低码流的要求：即要求回放图像清晰度高，满足对细节的要求；要求数据量小，保证系统能够长时间录像和稳定实时的网络传输。
附图说明
图1是本发明的监控图像分辨率的编码装置；
图2是本发明监控图像分辨率的编码方法实现步骤流程图；
图3是加权峰值信噪比与输出码流关系实验结果示意图；
表1是与图3相对应的加权峰值信噪比与输出码流关系实验结果。
具体实施方式
参照图1，本发明的编码装置包括将摄像头1输入的模拟视频信号转换成数字视频信号的视频转换单元2、存储器3和视频编码及信息处理单元4，视频转换单元2的输入端与摄像头1相连，视频转换单元2的输出端及存储器3分别连接到视频编码及信息处理单元4。其中视频编码及信息处理单元4可以采用荷兰菲利普公司PNX1500系列媒体处理器芯片。视频转换单元2可以采用SAA7113H芯片或者SAA7144HL芯片。
该装置的视频编码及信息处理单元4通过PCI总线与接有硬盘5和网络接口7的主机/主CPU单元6相连接。工作时，由视频转换单元2将来自摄像头1的模拟图像数据转换成适合视频编码及信息处理单元4处理的数字信号，并存储到存储器3中；视频编码及信息处理单元4从存储器3取奇偶两场视频(PAL制式下：720象素点×288象素点或NTSC制式下：720象素点×240象素点)图像数据并处理该数据系列，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧DCIF分辨率格式(PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320象素点)的视频帧，暂时存储到存储器中；存储在存储器中的视频帧序列，在视频编码及信息处理单元4控制下通过PCI总线送给主机/主CPU单元6，由主机或者主CPU单元6存储到硬盘5上或通过网络接口7传输到远端。
本发明监控图像分辨率的编码方法，由装置中的视频编码及信息处理单元4通过程序实现，程序流程如图2所示：
1)从存储器中读取奇、偶两场(PAL制式下：720象素点×288象素点或NTSC制式下：720象素点×240象素点)图像数据，判断是否是DCIF编码，如果是，转入第2步；如果不是，执行其它分辨率编码过程。
2)对步骤1)取得的奇、偶两场图像数据，经反隔行(deinterlace)变换，组成一帧D1(PAL制式下：720象素点×576象素点；NTSC制式下：720象素点×480象素点)图像；
3)对步骤2)产生的D1图像做边界处理，即针对每一行，去掉最左和最右各8个象素点，变成一帧4CIF(PAL制式下：704象素点×576象素点；NTSC制式下：704象素点×480象素点)图像；
4)对步骤3)产生的4CIF图像经缩放处理，即水平3/4缩小，垂直2/3缩小，转换成一帧(PAL制式下：528象素点×384象素点；NTSC制式下：528象素点×320象素点)图像。
5)对步骤4)产生的一帧(PAL制式下：528象素点×384象素点；NTSC制式下：528象素点×320象素点)图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320象素点的图像。
重复1-5步骤，可以实现连续的DCIF分辨率视频码流的输出。
图3是WPSNR(weighted peak signal-to-noise ratio，加权峰值信噪比)与输出码流关系实验结果示意图，表1是与图3相对应的WPSNR与输出码流关系实验结果。由图可见，在384kbps输出码流情况下，本发明DCIF编码的WPSNR比CIF编码的WPSNR高1dB，比4CIF编码的WPSNR高2.5dB；在512kbps输出码流情况下，DCIF编码的WPSNR比CIF编码的WPSNR高2.2dB，比4CIF编码的WPSNR高0.5dB；在768kbps输出码流情况下，DCIF编码的WPSNR比CIF编码的WPSNR高近3dB，与4CIF编码的WPSNR基本相同；在1024kbps输出码流情况下，DCIF编码的WPSNR比CIF编码的WPSNR高3.28dB，比4CIF编码的WPSNR低0.5dB。
表1
注：由于4CIF不能压缩到192K、256k，因此没有计算它们的加权峰值信噪比
Claims (4)
1.一种监控图像分辨率的编码方法，其特征是包括以下步骤：
1)将数字视频信号中的奇、偶两场，PAL制式下：720象素点×288象素点或NTSC制式下：720象素点×240象素点图像，进行反隔行变换，组成一帧PAL制式下：720象素点×576象素点或NTSC制式下：720象素点×480象素点的图像；
2)对步骤1)获得的图像做边界处理，去掉每一行最左和最右各8个象素点，变成一帧PAL制式下：704象素点×576象素点或NTSC制式下：704象素点×480象素点的图像；
3)对步骤2)获得的图像进行缩放处理，水平3/4缩小，垂直2/3缩小，转换成一帧PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320象素点的图像。
4)对步骤3)获得的图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320象素点的图像。
2.用于权利要求1所述的监控图像分辨率编码方法的装置，其特征是包括：将摄像头(1)输入的模拟视频信号转换成数字视频信号的视频转换单元(2)、存储器(3)和视频编码及信息处理单元(4)，视频转换单元(2)的输入端与摄像头(1)相连，视频转换单元(2)的输出端及存储器(3)分别连接到视频编码及信息处理单元(4)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是视频编码及信息处理单元(4)为PNX1500系列媒体处理器芯片。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是视频转换单元(2)为SAA7113H芯片或者SAA7144HL芯片。
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