智能視頻多媒體技術應用風光無限

鄭小龍

摘要：多媒體技術催生了眾多的數字視頻應用，而智能視頻技術已成為一個極具潛力的應用方向。智能視頻技術覆蓋著寬廣的實用領域，并將引領行業發展的新方向。DSP是智能視頻技術嵌入式應用的理想平臺，集成有DSP的SOC器件在現在和未來都將發揮重大的作用。

關鍵詞：智能視頻；達芬奇；H.264；實時處理

多媒體技術和智能視頻應用的范圍

數字視頻的興起源于多媒體技術的發展，然而從核心技術本質而言，則不妨分為三個階段，即數字顯示視頻、數字壓縮視頻和數字智能視頻。

數字顯示視頻首先解決的是計算機圖像與數字化視頻影像的結合，數字化的視頻主要還是MPEG1的格式，其壓縮比和分辨率還非常有限，但畢竟解決了有和無的問題。由于當時PC機的處理能力很差，因此需要插各種圖形圖像和視頻采集壓縮卡，而達到的還是綜合顯示效果。

數字壓縮視頻則以將有效的視頻數字化壓縮并提供實用性產品為目的，并迅速將數字視頻壓縮格式由MPEG1提升到MPEG2，即所謂的VCD到DVD的過渡，而產品形態也開始脫離PC機，涌現出自成一體的消費類產品。隨著所面向應用的不同，數字視頻壓縮格式又有MJPEG、MPEG4和H.264，數字化壓縮的效率得到很大提高，同時也有WMV9、Real和On2等商業標準問世，當然AVS作為具有自主知識產權的中國音視頻標準而應運而生。數字壓縮視頻階段帶來了各種類型的數字視頻產品的極大豐富，大部分的產品已完全脫離PC而成為嵌入式設備，而數量也大大超過PC，如電視機頂盒、個人媒體播放器、網絡可視電話，還有日新月異的數字視頻監控類產品，其中包括數字硬盤錄像機、數字視頻服務器、網絡攝像機等。

數字智能視頻是數字視頻技術發展的新階段，雖然它脫胎于數字監控，但將對未來數字視頻應用具有極其深遠的影響。

因為數字智能視頻是數字監控的發展方向，行業內視為新一代視頻監控技術。前幾代則分別是CCTV閉路電視時代、VCR模擬視頻錄像時代、DVR數字視頻錄像時代、NVR網絡視頻錄像時代。數字智能視頻將當之無愧地引領一個數字視頻分析時代，從而確立視頻監控技術一個里程碑式的創新，這個技術是對人們傳統監控理念的根本

改變，并將得到更多最終用戶的認可而從中獲益，因而全面擴展更廣泛的新興應用。智能視頻系統可以解決不少問題，其一，就是通過機器的自動分析處理減輕安防操作人員繁雜和枯燥的工作；其二，就是在海量的視頻數據中自動快速搜索所需圖象；其三，就是增加自動交互的控制、檢測和處理手段。數字智能視頻最突出的優勢在于避免事后回放相關圖像的延誤，而真正有可能地做到在風險產生時的有效預防或干預。數字智能視頻的一個重要領域是交通監控，其中包含汽車牌照自動識別系統、交通流量自動控制系統、道路狀況自動監測警示系統，也有包含移動式自動車牌實時稽查系統的需求。

數字智能視頻還有一個重要的應用就是汽車視覺，如圖1所示。其中有些技術已經在一些國際知名品牌的車型中開始進入試用階段，并將很快進入實用。數字智能視頻還可拓展到更多的應用，如在公共場所的人臉識別、商業場合的人流統計、公共廣告的受眾統計、超級市場的消費分析、綠色環境的視頻檢測等等。簡而言之，只要有可能有攝像頭的地方，數字智能視頻就可以有用武之地，這不僅在于觀察，還將承擔逐步互動的任務。

嵌入式智能視頻應用技術的實現手段

視頻分析技術是計算機圖像視覺分析技術的延伸發展，其原理就是通過將場景中背景和目標分離，然后分析并追蹤在場景內出現的目標。采用根據視頻內容分析功能，可以在不同攝像機的場景中預設各種報警規則，如果在場景中目標有違反所定義規則行為，系統在自動報警時，監控終端也發出報警信息和警示音，提示用戶實現報警的場景重現并采取相關措施。

視頻分析技術有多種處理法方法，其中包括背景減除方法和時間差分方法。目前，視頻分析技術實施主

要采用基于后端PC服務器處理方式和采用前端DSP的處理方式。由于DSP是高速數字信號處理器，可置于視頻采集的前端進行實時處理，明顯優于后端非實時處理方式。僅靠攝像機或編碼器的基于DSP的視頻分析單元可以直接對原始或最接近原始的圖像進行分析，而后端服務器得到的圖像要經網絡編碼傳輸，可能因丟失部分信息而難免降低精確度。

DSP處理方式屬于嵌入式智能視頻應用，需要在巨量的視頻像素數據中識別出感興趣的目標，同時該系統應該能夠可編程，可以接受不同的內容，并能夠適應不斷演進的算法，以滿足各種不同的應用。智能數字視頻系統工作流程可以被概括描述為：第一，一個較長的序列被分割成可供分析的單獨場景或短片，因為不同的場景具有不同的直方圖，或不同的色彩頻率分布，其直方圖相對于前面有突變的幀時可以被視為場景改變；第二，改變場景內的前景目標被檢測為與背景分離；第三，單獨的前景目標被提取或者被分割，然后逐幀跟蹤；第四，該目標的特征被提取以進行分類，第五，當該事件某種程度上近似于關注的目標則向管理軟件和／或管理人員發布報警。迄今為止，關于智能數字視頻分析還沒有相關的國際標準，因此只有可編程的高性能DSP和視頻處理器才使得更復雜的檢測算法的實現成為可能，例如實時地視頻檢測出前景和背景的變化或者可疑的活動。

然而，即使是采用高速DSP處理，智能視頻處理軟件的開發人員都需要兼備扎實的模式識別基礎技術和DSP算法開發技能，于是就增加了開發的難度。為更好地支持智能視頻技術的推廣，TI在業界廣泛使用的C64+平臺上開發了一套智能視頻庫，名為VLIB(如圖2所示)。不難看出VLIB處在DSP軟件系統的底層，以之為基礎才是視頻分析應用，即VA。那么，現在的客戶可以通過直接調用VLIB中的智能視頻基礎庫函數，進行視頻分析軟件的開發。而以往的客戶，包括國際知名的智能視頻廠商都要自主開發這些底層軟件。特別需要說明的是，所有VLIB庫都是免費提供，客戶只需在因特網上WWW.ti.com／vlibrequest注冊。

集成有DSP的SOC器件特色及發展趨勢

TI的MS320DM64x數字媒體處理器和達芬奇(DaVinci)系列已經成為嵌入式智能視頻分析的流行平臺，并已在許多應用中令人矚目。在國際上Objectvideo、MICE、IoImage和VCA等就是其中的佼佼者，而在國內也有不少后起之秀脫穎而出。在汽車視覺方面，歐洲CEL公司已宣布在其新系列單、多攝像頭汽車視覺系統中選用DM643x處理器實現出色的視頻影像與系統控制功能，以滿足駕駛輔助系統的嚴格要求。

TI達芬奇產品發展策略及代碼兼容性將為眾多全新技術提供全面支持并加速技術發展。在智能視頻處理實現上，達芬奇可以采用兩種系統架構來實現，其一就是如圖3所示的具有智能視頻分析功能的網絡攝像機的組合方式，智能視頻分析單元為DM6435模塊插入到以DM355為核心的網絡視頻壓縮處理系統中。

其二就是圖4所示在達芬奇高清處理器上增加智能視頻功能的SOC系統。采用單片DM6467在實現數字高清實時編解碼的同時，其C64+核心仍然可以實現各種智能視頻功能。該架構也同樣適用于DM644x系列處理器，只是C64+核心可用的資源要少。未來的達芬奇高清SOC系統將采用定點與浮點兼容的C64+核心，因此可用于智能視頻處理的資源和能力將大為增加。

總之，在數字視頻監控的發展進程中，真正提高產品附加價值的因素已經開始由高級的數字視頻壓縮技術轉為智能視頻分析。智能視頻分析也已經在由后端處理轉移到前端實時處理，于是基于DSP的數字視頻產品將不斷推出并發揮著越來越大的作用。隨著更高性能集成DSP核心的SOC的問世，智能視頻在監控中的應用將有可能無處不在，且風光無限。