視頻壓縮技術在銀行視頻監控中的應用

中國人民銀行 本溪市中心支行 任選良 李石峰

視頻監控是銀行信息化發展的一個重要方面，在相關事件事后監督處理中具有不可替代的作用。在銀行中某些特定場合，如在ATM機前，電梯門口前、柜臺前等場合，視頻監控都是全天候的，相應而產生的視頻量也相當大，為方便傳輸和管理，需要先對這些視頻信息進行壓縮編碼。

一、常用視頻壓縮技術簡介

1.JPEG/Motion-JPEG。傳統的JPEG方法主要基于離散余弦變換（DCT），而JPEG2000基于DCT和小波變換，其壓縮比更高，壓縮效果更好。使用JPEG/MJPEG方法一般不考慮視頻幀之間的變換信息，只單獨對一幀視頻圖像進行壓縮。壓縮比為5∶1 ～ 17∶1。這種技術可以獲取清晰度很高的視頻圖像，而且可以靈活設置每路視頻的清晰度、壓縮幀數。但是該方法處理速度較慢，會有丟幀現象發生，而且壓縮的比例較小，不利于進行長時間的視頻錄像存儲。

2.小波變換方法。小波變換方法和JPEG方法類似，是針對每一幀視頻圖像進行單獨的壓縮編碼，并不考慮視頻的幀間信息。該方法的壓縮比較大，通常為50∶1 ～ 70∶1，分辨率可達到720×576，靜態畫面的壓縮效果較好。但是，小波變換方法和JPEG方法類似，所占用的寬帶和硬盤空間相對較大，對網絡帶寬的要求也較高。

3.MPEG（即Moving Pictures Experts Group，運動圖像專家組）系列。MPEG主要分為三個階段：第一階段為MPEG-1，用于數字存儲體上活動圖像及其伴音的編碼，碼率為1 ～ 1.5 Mbps，具有隨機存取、正向/逆向搜索、逆向重播、視聽同步、容錯性高等特點。第二階段為MPEG-2，在MPEG-1的基礎上做了許多重要的擴展和修改，但算法基本和MPEG-1相同，傳輸率為3 ～ 10 Mps；壓縮率較低，約40∶1。第三階段為MPEG-4，不僅注重視頻、音頻的編碼，更加注重多媒體系統的交互性和靈活性。

4.H.26X系列。H.26X系列同樣包括三個階段：第一階段為H.261，該編碼標準和MPEG相似，但又有不同，H.261是傳送屏幕區域中的更新信息，大幅度降低了數據流的瞬時變化，在寬帶有障礙的信道上傳輸時是一種理想的方案，但圖像的壓縮質量總體上略微遜于MPEG-1。第二階段為H.263技術，H.263技術是1995年提出來的更低比特率的視頻編碼方案，它在H.261的基礎上增加了4種編碼選項，將碼流速率降到128 kbps以下，在9.6 ～ 128 kbps的速率上傳輸CIF或QCIF格式、每秒1 ～ 15幀的活動圖像，特別適合在電話線上傳輸質量要求不高的活動圖像。

二、傳統視頻壓縮技術的性能分析

在目前的視頻壓縮技術領域，MPEG-4和H.264是首選方案，這兩種方案有較高的壓縮比率，并且可以保留較好的視頻質量，適合遠距離的網絡傳輸。但這兩種視頻壓縮方法針對所有的視頻幀圖像進行壓縮編碼，并沒有考慮視頻幀中是否含有冗余信息。如，ATM機前的視頻監控應主要關注含有人類活動的視頻信息，對于沒有人類活動的視頻圖像，原則上沒有必要進行傳輸和存儲，會占用大量的網絡帶寬和存儲空間，浪費大量的相關資源，同時也可能對事后事件的排查造成一定的干擾。因此，在ATM機前、電梯門口等某些特定的場合，有必要事先對視頻進行過濾，排除不含有人類活動的視頻幀信息，以減輕網絡寬帶和存儲設備的負擔。

三、對視頻幀信息進行選擇性壓縮處理

在銀行的某些特定場合中，安裝的攝像頭一般是固定的，其檢測區域固定不變，拍攝的背景場景也相對穩定。在該情況下，可以采用簡單的背景差方法來區分視頻幀圖像中是否含有活動目標，以確定該幀圖像是否需要進行存儲和傳輸。

如圖1所示，假設得到的不含有活動目標的固定背景圖像為Ibg，其中由攝像頭得到的Ibg如果為彩色圖像，為了方便幀間差操作，則將其轉化為灰度圖像，這里同樣記為Ibg。假設第i幀視頻圖像為Ii，同樣為灰度圖像，則根據背景差公式：Ir＝Ii－Ibg，可以得到第i幀視頻圖像和背景圖像之間的差值。理想情況下，如果第i幀的圖像中沒有活動目標，Ii各個像素的灰度值和背景圖像Ibg對應的各個灰度值相差不大，則結果圖像Ir基本上是一個黑色圖像，并沒有含有凸顯的區域塊。反之，如果Ii中含有活動目標，則活動目標的區域對應的像素值和背景圖像 所在區域的灰度值應該有所差別，這就導致結果圖像Ir在活動目標的區域中亮度較為突出，通過判斷結果圖像Ir是否含有凸顯區域塊，進而可以判斷對應的圖像幀中Ii是否含有活動目標，同時就可以決定該圖像是壓縮編碼還是直接舍去。

四、結論

通過簡單的幀間差方法，可以有效地區分視頻幀中是否含有活動目標的信息，進而確定是否對該幀圖像進行編碼存儲，極大地節約視頻幀的存儲空間，方便網絡傳輸，同時也為日后事件查詢提供方便。