视频监控图像处理

视频监控及视频图像分析基础知识

1 视频监控的定义

利用视频技术探测、监视设防区域，实时显示、记录现场图像，检索和显示历史图像的电子系统或网络系统

⏹视频监控系统是安全技术防范的一个子系统

⏹视频监控技术是安全防范技术的一部分

它包括模拟视频监控系统、网络视频监控系统。

1.1 模拟视频监控

图1 模拟视频监控的基本结构

1.2 网络视频监控

图2 网络视频监控的基本结构

⏹技术：主要是视频编解码技术、嵌入式技术

⏹组成：硬盘录像机、摄像机、监视器等

⏹功能：监视（监听）、控制、录像、回放、对讲等

⏹线缆：视频电缆、485控制线

⏹主要应用：金融、楼宇、小区等

1.2.1 网络视频监控优点

⏹可通过网络组建低成本跨区域监控系统

⏹一机多路，使用大容量硬盘可长期存储

⏹数字信号长期保存信号不失真

⏹采用智能检索，检索与录像可同时进行

⏹循环录像方式，节约人力

2 基本概念

⏹图像（Image）

⏹像素（Pixel）

⏹分辨率（Resolution）

☐水平：Width

☐垂直：Height

⏹视频（Video）

☐时间上连续的图像组成视频：Image→Video

☐视频中的某一幅图像称为一帧（Frame）

☐帧率（Frame Rate）FPS → 每秒的帧数

⏹码流（Bit Stream）

☐将图像压缩后形成的数据

☐码率（Bit Rate）bps/Bps → 对码流进行量化

☐码率类型：定码率（CBR）、变码率（VBR）

☐码流类型：视频流、音频流、复合流

2.1 扫描方式

隔行扫描（Interlaced）和逐行扫描（Progressive）都是在显示设备表示运动图像的方法，隔行扫描方式是每一帧被分割为两场画面交替显示，逐行扫描方式是将每帧的所有画面同时显示。通常的液晶电视显示画面的扫描方法都是从左到右从上到下，每秒钟扫描固定的帧数。

2.1.1 隔行扫描(Interlacing）

隔行扫描就是每一帧被分割为两场，每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行，通常是先扫描奇数行得到第一场，然后扫描偶数行得到第二场。由于视觉暂留效应，人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。但是这时会有几乎不会被注意到的闪烁出现，使得人眼容易疲劳。当屏幕的内容是横条纹时，这种闪烁特别容易被注意到。

2.1.2 逐行扫描(Progressive)

逐行扫描每次显示整个扫描帧，如果逐行扫描的帧率和隔行扫描的场率相同，人眼将看到比隔行扫描更平滑的图像，相对于隔行扫描来说闪烁较小。

2.2 视频制式

⏹PAL（Phase Alternating Line）：

☐供电频率为50Hz、场频为每秒50场、帧频为每秒25帧、扫描线为625行

☐图像彩色误差较小，与黑白电视的兼容也好

☐中国、德国

⏹NTSC （National Television System Committee）：

☐供电频率为60Hz，场频为每秒60场，帧频为每秒30帧，扫描线为525行

☐美国、日本

⏹SECAM（Sequentiel Couleur A Memoire ）：

☐按顺序传送彩色与存储

☐俄罗斯、法国、埃及

2.3 分辨率

分辨率可以从显示分辨率与图像分辨率两个方向来分类。

显示分辨率（屏幕分辨率）是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素有多少。由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多，所以分辨率是个非常重要的性能指标之一。可以把整个图像想象成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是所有经线和纬线交叉点的数目。显示分辨率一定的情况下，显示屏越小图像越清晰，反之，显示屏大小固定时，显示分辨率越高图像越清晰。

图像分辨率则是单位英寸中所包含的像素点数，其定义更趋近于分辨率本身

2.3.1 高清分辨率

分辨率大于等于720p称为高清

3 数码监控的基础技术：编码和压缩

一路4CIF分辨率的图像，进行A/D转换后未经压缩的数据量是(RGB)：一帧：

704×576×3字节＝1216512字节（不包括文件头大小）

一秒：

1216512字节/帧×25帧/秒＝30412800字节/秒＝29MB/秒

一小时：

29MB/秒×3600秒/小时＝101.9GB/小时

一天：

101.9GB/小时×24小时＝2.4TB/天

3.1 压缩基本原理

•安防监控中的视频数据有极强的相关性，有大量的冗余信息•冗余信息分为空域冗余信息和时域冗余信息

•压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉

•压缩技术包括帧内压缩技术、帧间压缩技术和熵编码压缩技术

3.2 压缩标准

监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术

Chronological Progression of ITU and MPEG

3.2.1 H264概述

3.2.2 H264基本原理

H264压缩技术主要采用了以下几种方法对视频数据进行压缩。包括：

∙帧内预测压缩，解决的是空域数据冗余问题。

∙帧间预测压缩（运动估计与补偿），解决的是时域数据冗余问题。

∙整数离散余弦变换（DCT），将空间上的相关性变为频域上无关的数据然后进行量化。

∙CABAC压缩。

经过压缩后的帧分为：I帧，P帧和B帧: