2014-10-23 08:56:36
來源：CPS中安網
1.引言
在視頻監控領域，提高監控圖像質量和編碼傳輸效率一直是我們最為重要的追求目標。提高視頻質量意味著提高最終用戶的觀看滿意度，提高編碼效率則意味著在同樣的碼率限制下可以傳輸更高質量的視頻。這涉及到監控系統中的多個環節，從上游的實際場景，到中間的傳輸網絡，再到下游的用戶終端，主要包括圖像的采集、壓縮處理、傳輸或存儲、解壓縮和顯示等部分，其中任何一個上游環節出了問題，對圖像質量的影響都不是下游環節能夠糾正或補救的。視頻信號的預處理處在系統最上游，是針對主處理而言的，如圖1所示。在視頻監控中，主處理一般是指視頻的壓縮編碼和傳輸，此前的處理一般稱之為預處理，常將它歸并在視頻采集部分。無疑，視頻采集中的預處理是一個重要環節，處理的好壞將直接影響采集圖像質量以及后續編碼傳輸處理的效率。
有一個現象可以有力地說明預處理在改進圖像質量方面的作用：對同樣場景、采用相同的碼率，不同廠家的網絡攝像機解碼輸出視頻的質量往往存在較大的差別。尤其是在比較惡劣的環境下，其差別更為顯著。產生這種差別的一個重要原因在于：在監控系統中，雖然大家都采用標準化的視頻壓縮方法，但最后解碼輸出圖像的質量高低很大程度上取決于有無預處理、預處理的好壞，有時還包括適當的后處理。
近來，隨著人們對預處理重要性認識的不斷提高，隨著集成芯片和信號處理器能力的不斷增強，業界對視頻信號的預處理越來越重視，市場上高質量的監控產品一定離不開高質量的視頻預處理方法。
2.預處理的作用
視頻預處理的第一個作用是提高編碼視頻的質量。在實際的視頻監控的應用中，不像娛樂視頻，往往有高質量的攝像機、良好的演播室拍攝環境和專業技術人員的時時人為干預，因此可以保證得到的高質量的采集視頻。而視頻監控系統由于成本、環境等因素影響，所獲取的原始視頻質量并不高，甚至很低。例如，由于環境、噪聲、光照、運動等影響，往往所采集的圖像常常出現模糊、扭曲、噪點、太亮或太暗、彩色不鮮明、……。對于這樣比較差的視頻，再進行壓縮、傳輸、解碼顯示，用戶所看到的監控視頻常常不能令人滿意的。如何在現有的條件下提高采集視頻質量的問題就實在地放在我們面前。對此，一個重要的應對措施就是在視頻采集環節進行預處理(preprocessing)，以利于提高采集視頻質量，有利于后續的視頻處理，以利于用戶提取視頻中感興趣的信息。
視頻預處理的第二個作用是提高編碼效率和有利于碼率控制。我們知道，無論是有線還是無線視頻傳輸，都是基于IP的包傳輸方式，信號的傳輸速率不穩定，速率會隨用戶的擁擠程度、信道的物理介質而不斷變化。要在這樣速率變化的信道上穩定、高效地傳輸壓縮視頻圖像，除了依賴編碼器的碼率控制之外，還可以利用預處理的方法來輔助實現。在編碼前對圖像進行預處理，控制輸入到編碼器的視頻數據量，從而來間接控制編碼器輸出的碼率，其過程仍可參見圖1。
由圖1可見，不僅通過緩沖區的滿溢程度來控制量化步長，同時也加上了預處理對輸入的視頻數據進行控制。例如，當信道變窄時，我們可以根據信道帶寬信息對輸入視頻進行一定程度的平滑濾波，減少細節，甚至進行下采樣處理、跳幀處理，使編碼視頻的碼率能與信道帶寬相匹配。當然，由于信道狀況信息的獲得比較麻煩，可以經統計學習建立信道帶寬變化的近似模型，再依據這個模型來決定預處理的方法和程度。
最早的視頻預處理是在模擬域進行的，包括對模擬視頻信號的限帶濾波、噪聲抑制、自動增益控制、白平衡以及r校正等。隨著視頻采集技術的數字化進程，這些簡單的預處理方法大多已經集成到芯片中去了。現在，視頻預處理都是在數字域進行的，即在視頻數字化采集以后進行，充分發揮了數字信號處的方便、高效、靈活和一致的優越性。目前，在視頻監控中常見的預處理方法除了基本的圖像濾波、圖像去噪和多種圖像增強處理外，還出現了多種針對特殊應用環境的預處理方法，如背光或暗光處理、雨霧煙處理、感興趣區間的處理等。
