智能手机监控中高清晰画质低码率应用

　智能手机监控(以下简称手机监控)相对于传统监控最大的特点就是“anytime、anywhere、anydevice”(任何时间、任何地点、任何设备)，实现手机监控的三大要数是智能手机、摄像机和3g网络。摄像机和智能手机是手机监控的前后端，摄像机通过有线或者3g网络和互联网连接，智能手机通过3g网络和互联网连接，从而形成摄像机和智能手机的视频信号通道连接，下面分别探讨这三大要素目前的状况以及在手机监控中实现高清视频的可能性。

　　智能手机和3g网络现状

　　2013年7月，工信部发布了《2013年上半年电信业统计分析》，文中指出：“3g移动电话用户净增8606.6万户，超过去年全年净增量80%，总数达3.19亿户”，从这些数字可以看出3g用户数量发展迅猛。如此庞大的基数，为通过3g网络部署的手机监控应用提供了广泛的

　　用户基础；同时，以ios和android操作系统为代表的智能手机和平板电脑也迅速普及，主流智能手机的屏幕分辨率也发展到了如今的1280×720，甚至出现了1920×1080这样的全高清分辨率，这使得智能手机完全可以支持高清分辨率的视频应用；使用这些便携智能终端，加上3g网络的支撑，用户可以随时随地地观看来自任何地点摄像机的监控视频，这种的便捷性会大大促进手机监控应用的发展。

　　在基于ip网络的监控系统中，网络摄像机作为视频信息的采集者直接决定了监控系统中视频信息量。目前，高清摄像机已经被普遍应用在监控系统中，对于摄像机来讲，更高的分辨率，就可以提供了更多的细节特征或者更大的视野范围，这些对于监控应用无疑是有利的。从安防监控摄像机的发展来看，主流分辨率经历了cif、d1到现在的百万像素、二百万像素甚至五百万像素，这样的一个发展过程充分体现了监控应用对高分辨率的不断追求。以前制约手机监控应用中使用高清分辩率的主要技术障碍就是无线网络带宽不足和手机屏幕分辨率过低，而随着智能手机和3g网络的发展，智能手机已经完全能胜任高清视频的显示，无线网络带宽也比2g时代有了很大的提高，手机监控的高清应用将破茧而出。

　　低码率高清摄像机设计与实现

　　通过上面的探讨可以知道码率低于512kbps的高清摄像机可以实现手机监控的高清应用，即使不用高清，低码率也可以降低手机监控的使用成本。为了使高清摄像机大幅降低码率，不仅要采用h.264等先进的编码算法，而且要从系统的角度全面考虑，从摄像机的各个环节降低码率。

　　1、选择低噪声的图像传感器

　　图像传感器是获取视频信号的源头，选择高信噪比的低噪声传感器是必须的，这为后续处理提供了基础条件。

　　2、注重降噪的图像处理过程(isp)

　　清晰而且低噪声的图像是获得低码率视频的首要条件，图像噪声混入到图像细节特征中，会大大增加后续编码过程的信息量，从而增加码流。所以首先要获取清晰而且低噪声的图像，这对图像处理过程(isp)提出了一些要求。isp主要包括demosaic、滤波、锐化、白平衡、曝光控制、gamma校正等处理过程，其中滤波和锐化处理对噪声影响最大。滤波算法很多，我们需要选择能保持边缘信息的滤波算法，这样才不会降低清晰度；应用3d滤波也是一个不错的选择，它可以利用到帧间信息。滤波和锐化共同作用的结果，才能获得低噪声的清晰图像，然后进行下一步的视频编码处理。

　　3、选择高压缩率的视频编码器

　　h.264作为一个成熟的视频编码标准，已经广泛使用在网络摄像机中，而且也被智能手机普遍支持。基于这个原因，如同其他摄像机厂商一样，我们也同样选择h.264视频编码器来进行视频编码。再进一步，我们选择了main profile，理由是可以使用b帧和cabac编码。这两个功能对降低码率有很大的作用，b帧可以进行双向预测，使得预测更加准确，可以减少码流；同时还可以设置解码后的b帧不再做为参考帧，这样就可以把量化造成的误差局限在本帧范围内而不继续扩散，因此可以适当增大b帧的量化参数，减少码流的同时而不对视频质量造成明显损害。相对于cavlc编码，在相同编码信息源数据的情况下，cabac编码可以节约10%左右的码流，这个差距足以令cabac成为我们的不二的选择。

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