支持监控视频高效压缩与识别的IEEE 1857标准

　　对于每一个P帧的宏块，除使用现有编码方法外，可以选择性的使用“最近参考帧与背景图像的差分结果”来对“当前宏块与其对应背景差分结果”进行预测编码，这种预测编码方式我们定义为差分编码方式。当前宏块编码为差分方式时，三处选择开关如图4所示;否则，将三处开关切换至另一端即为现有混合编码框架中的编码方式。　　

 

　　第五，在使用不显示输出的背景帧做参考图像时，为了保证运动矢量预测值的计算过程不发生除零错误并且提高预测值的准确性，AVS-S2改进了亮度运动矢量导出算法，对直接或间接参考不显示输出的背景帧时的运动矢量预测过程进行了特殊处理。

　　第六，为了保证在编码不显示输出的背景帧时不产生解码缓冲区溢出和播放停顿，AVS-S2改进了缓冲区检测机制，将不显示输出背景帧跟其后一帧绑定移出缓冲区。

　　第七，AVS-S2中沿用了AVS-S的提高抗误码性的技术如灵活条带集、核心图像、受限DC模式、支持各类监控标记的语法元素、非参考P帧以及改进型的运动矢量缩放、自适应加权量化等技术改进。

　　集成背景建模和可选差分技术的监控视频编码框架如图5。这一方案的重要贡献是实现了模型编码(背景建模和前景编码)与现行标准的有机结合，为在现行视频编码标准中纳入模型编码方法开辟了一个有效途径。　　

 

　　集成上述所有技术的AVS监控视频编码标准已经作为AVS视频标准独具特色的一个档次，于2013年颁布为IEEE 1857国际标准。IEEE AVS标准中的监控档次(即AVS-S2)是AVS既有技术的集大成者，是全球第一个面向视频监控的国际标准。

　　以十个典型监控视频作为测试序列，将AVS-S2和国际标准H.264的高级档(High Profile)、AVS国家标准基准档(GB/T 20090.2-2006)和2012年发布的AVS广播档(AVS+)进行对比，对比软件均采用这些标准最新版本的参考软件。表1是AVS监控档次相对于其它三个标准的码率节省情况。从表中可以看出，在压缩这些监控视频序列时，AVS-S2与其它三个标准档次相比，平均码率节省都超过了50%，即编码效率是它们的两倍。

　　基于背景建模的编码方法实质上是消除常规标准没能消除的“场景冗余”，因此同样用于提高其它视频编码标准的效率。我们将这套方法增强即将颁布的国际标准HEVC(H.265)，同样用上述十个监控视频序列和HEVC参考软件进行对比，实验表明能将HEVC的码率平均再降低44.78%，而且复杂度降低46.53%，即用约一半的复杂度实现了编码效率的翻番，压缩效率达到现行国际标准H.264的近四倍。我们正在将这套方法用到正在制定AVS2标准中(称为AVS2-S)，预计在监控视频编码方面比HEVC高一倍，这是国际范围内监控视频编码效率的最高水平。

　　结束语

　　从1996年我国专家第一次参加视频编码国际标准ISO/IEC MPEG会议算起，我国在追赶和超越视频编码国际标准方面已经走过17年的历程。2002年AVS标准工作组的成立是我国在这一领域走向自主发展的标志性事件。如果说2006年GB/T 20090.2视频编码国家标准的颁布是我国打了一个漂亮的翻身仗的话，2013年IEEE批准AVS则是AVS全面走向国际的新里程碑。

　　IEEE AVS中独具特色的一个部分是针对视频监控应用的档次AVS-S2。AVS-S2的编码效率是H.264/AVC的两倍，而且编码复杂度只有后者的二分之一。这套消除监控视频“场景冗余”的背景建模技术还能将H.265/HEVC国际标准的效率提高约一倍，在监控视频编码领域遥遥领先，标志着我国的视频编码技术和标准在视频监控领域已经实现跨越。

　　在AVS-S2码流中，已经可以基本判断出各个编码宏块的类别(前景块、背景块、边缘块)，基于这个信息进行前景对象检测跟踪，能够在提高分析速度的同时降低误识率。以行人检测为例，目前行人检测算法普遍存在的问题是易受背景的干扰，另外面向单张图片的行人检测算法因为性能问题而无法有效地扩展到视频序列中。利用AVS-S2编码提供的背景图像，对原始视频提取前景，得到每个前景区域中的外接矩形，然后再利用变形部件模型做行人检测。实验结果显示，在检测精度为90%时，召回率比基于单张图片的行人检测算法提高了6个百分点，同时速度提高了70%。

　　监控视频已占据全球“大数据”的半壁江山，AVS-S2标准的出台为大幅度降低监控视频的传输和存储成本创造了巨大的技术和产业机遇，希望我国视频监控产业行业能够在国家相关部门大力支持下，抓住这个机遇，同样实现跨越发展。

　　参考文献：
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　　[2]ITU-T.Advanced video coding for generic audiovisual services.ITU-T Rec. H.264, 2004
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