面向視覺(jué)監(jiān)控的視頻壓縮研究.pdf

1、視覺(jué)監(jiān)控通過(guò)分析來(lái)自一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)的信息，可以監(jiān)視和控制大而復(fù)雜的空間上分布的區(qū)域。人們目前的研究主要集中在如何實(shí)現(xiàn)或代替人的視覺(jué)功能或?qū)崿F(xiàn)盡可能的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，針對(duì)監(jiān)控視頻的壓縮研究相對(duì)較少。但事實(shí)上，人們?nèi)匀恍枰獙?duì)數(shù)據(jù)量巨大的監(jiān)控視頻實(shí)現(xiàn)高效壓縮，而且對(duì)于監(jiān)控視頻編碼提出了新的特殊要求，此外監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的視頻壓縮不是一個(gè)孤立的問(wèn)題，而是一個(gè)需要進(jìn)行預(yù)處理的系統(tǒng)問(wèn)題。所以，針對(duì)監(jiān)控視頻的壓縮研究很有意義。本文研究?jī)?nèi)容包括三條線(xiàn)索：第一

2、、為了給監(jiān)控員提供遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)本地視頻壓縮程序而進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)研究；第二、為了得到監(jiān)控對(duì)象而進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)分割、以及其后對(duì)監(jiān)控視頻進(jìn)行基于對(duì)象的視頻編碼研究；第三、針對(duì)一類(lèi)特殊監(jiān)控場(chǎng)合而進(jìn)行的ROI 視頻編碼研究。本文的研究?jī)?nèi)容梗概如下。
　　 一、旨在提供報(bào)警信號(hào)和啟動(dòng)壓縮程序的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)研究因?yàn)橄噜弮蓭嬖谶\(yùn)動(dòng)會(huì)引起相同位置上DCT系數(shù)大小和符號(hào)的改變，所以通過(guò)比較DCT系數(shù)的符號(hào)就可以確定是否有運(yùn)動(dòng)對(duì)象出現(xiàn)。而M-JP

3、EG的碼流特點(diǎn)表明在壓縮碼流中可以獲得每幀的DCT系數(shù)的符號(hào)。為了消除隨機(jī)噪聲帶來(lái)的影響，將其引起DCT系數(shù)塊符號(hào)變化數(shù)目模型化為高斯分布，以此確定運(yùn)動(dòng)塊閾值。場(chǎng)景照度突然變化帶來(lái)的大量虛假運(yùn)動(dòng)塊數(shù)用中值濾波加以消除。最后以校準(zhǔn)幀最大的運(yùn)動(dòng)塊數(shù)作為確定當(dāng)前幀是否存在運(yùn)動(dòng)的閾值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的量化矩陣、不同的運(yùn)動(dòng)塊閾值下，均能實(shí)現(xiàn)正確的檢測(cè)。
　　 二、以運(yùn)動(dòng)物體作為監(jiān)控對(duì)象的分割研究將噪聲分布近似為Gauss 分布或La

4、place 分布，再設(shè)定誤判概率進(jìn)而確定一個(gè)閾值就可以利用假設(shè)檢驗(yàn)的思想，構(gòu)成統(tǒng)計(jì)量對(duì)不同對(duì)象判斷其運(yùn)動(dòng)與否。以當(dāng)前位置灰度差值d、模板內(nèi)、以及分塊內(nèi)所有d的不同組合作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，對(duì)當(dāng)前位置像素、模板中心像素、分塊進(jìn)行判決。針對(duì)不同統(tǒng)計(jì)量和判決對(duì)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于這兩種分布的檢驗(yàn)方法都能不同程度地對(duì)測(cè)試視頻分割出較好的結(jié)果，但基于Laplace的檢驗(yàn)方法的綜合性能較優(yōu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明本文提出的“像素判決－中值濾波－宏塊掩模”策略具

5、有較好的健壯性。
　　 三、基于增強(qiáng)區(qū)域的監(jiān)控視頻壓縮研究在本文提出的面向監(jiān)控應(yīng)用的基于對(duì)象的視頻編碼框架中，不含監(jiān)控信息的背景只編碼一次發(fā)送到接收端（融合在線(xiàn)更新機(jī)制）。對(duì)于監(jiān)控對(duì)象區(qū)域，首先對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)以達(dá)到所需的視覺(jué)效果。監(jiān)控對(duì)象的形狀信息表示為宏塊坐標(biāo)；監(jiān)控對(duì)象之間的時(shí)間冗余通過(guò)運(yùn)動(dòng)估計(jì)來(lái)消除，但搜索范圍限制在前一幀監(jiān)控對(duì)象區(qū)域之內(nèi)；
　　 由于增強(qiáng)處理使得監(jiān)控區(qū)域的灰度級(jí)減少了，所以對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的殘差進(jìn)行無(wú)損熵編

6、碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方案得到的重建視頻幀能提供對(duì)比度增強(qiáng)的監(jiān)控對(duì)象區(qū)域，同時(shí)又能達(dá)到可觀(guān)的壓縮效率。
　　 為了適應(yīng)本文的基于對(duì)象的監(jiān)控視頻編碼，本文還提出了一種綜合多種優(yōu)點(diǎn)的自適應(yīng)快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。包括搜索起點(diǎn)的預(yù)測(cè)、不同的搜索模式、中途停止技術(shù)、以及優(yōu)先搜索機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本文的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法既能提供與其他算法可比的性能，又有很低的計(jì)算復(fù)雜度。
　　 四、基于感興趣區(qū)域(ROI: Region Of Intere

7、st)編碼思想的監(jiān)控視頻壓縮研究針對(duì)攝像機(jī)固定監(jiān)控區(qū)域固定的一類(lèi)監(jiān)控視頻，本文以監(jiān)控對(duì)象區(qū)域?yàn)镽OI。
　　 首先將視頻分為固定大小的幀組(GOF: Group Of Frames)，然后對(duì)GOF 進(jìn)行3D 小波變換。每一幀內(nèi)ROI 設(shè)為矩形而且位置相同，由左上角和右下角坐標(biāo)描述，在這兩個(gè)角之間所有的樣值都屬于ROI 掩模。3D ROI內(nèi)的小波系數(shù)先被上移，然后使用3D SPIHT算法進(jìn)行編碼，使ROI 得到比特資源的優(yōu)先分配。