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SVAC特性在产品中的实现

  文 陈远 中星电子股份有限公司产品经理  2015是SVAC产品发展的重要一年,随着更多平安城市等涉及社会公共安全的视频监控项目明确要...
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  文/陈远 中星电子股份有限公司产品经理

  2015是SVAC产品发展的重要一年,随着更多平安城市等涉及社会公共安全的视频监控项目明确要求支持SVAC技术标准,越来越多的厂商推出支持SVAC标准的摄像机、存储设备、解码器和平台产品。据了解,包括中星电子、大华股份、天地伟业、浙江宇视等30多个厂商的近300种不同类型的产品在公安部检测中心通过了SVAC标准检测,呈现出百花齐放的良好市场局面,而SVAC标准的特性在这些产品的实现也更加全面和深入。

  SVAC国家标准的全称是GB/T 25724-2010《安全防范监控数字视音频编解码技术要求》(英文名称Technical specification of surveillance video and audio coding),是我国安全防范视音频监控领域的一项基础性关键技术标准,由公安部和工信部组成联合工作组,共40余家单位的技术专家历时三年编制而成,于2010年12月23日经国家质量技术监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会批准发布,并于2011年5月1日开始实施。从那时开始,安防监控系统中原来一直由MPEG4、H.264系列视频编解码标准独占的领域出现了SVAC这个新的身影。

  尽管从市场上琳琅满目的视频监控产品所采用的编码标准来看,目前H.264还是占据绝对的数量优势,但是考虑到H.264作为一种通用的视频编码标准,继承了M-JPEG、MPEG2、MPEG4等编码技术在包括视频监控领域在内的视频编解码市场基础,同时H.264作为一个国际标准,全球参与其技术应用的资源广泛且历时十余年的发展(H.264标准于2003年3月正式发布),SVAC这个根据我国社会公共安全对视音频监控的现时需求和未来发展需求而自主制定的标准在这几年从无到有,业内厂商从犹疑观望到积极投入,其产业化发展速度让人瞩目。

  SVAC标准有多项针对安防监控应用的视音频编解码特殊要求和实现手段,如高精度可扩充的视频数据编码、上下文自适应二进制算术编码、感兴趣区域的变质量编码、可伸缩视频编码以及支持安防监控专用信息、支持数据安全保护、声音识别特征参数编码、面向声音异常事件的变质量编码等技术,能很好地满足当前我国各行业、各领域广泛开展安全防范监控联网建设的迫切需要,特别是公安实战应用中对视频图像“忠实于现场”的特定需求。而从目前SVAC产品在市场应用中的情况来看,除了早期颇为吸引眼球现在已经普遍实现的ROI和SVC功能之外,厂商和用户对SVAC标准的应用更多地扩展到能与实战结合的监控专用信息的特色产品上来。

  SVAC标准针对监控实际需求,支持绝对时间、特殊监控事件等监控专用信息。绝对时间信息通过专门语法与视音频压缩编码数据一起传输和存储,便于系统检索查询、视音频同步和多路视频同步。特殊监控事件类型通过专门语法与视音频压缩编码数据一起传输和存储,便于系统检索查询,实现对视频大数据的充分发掘利用。

  SVAC的特殊监控专用信息的来源有两种:摄像机自身进行智能分析的结果,以及外部信息采集设备的输入。

  摄像机自身进行智能分析的结果作为SVAC监控专用信息,与目前已经被广泛接受的分布式前端智能架构设计理念相同,都是充分利用前端摄像机强大的运算能力,通过对所采集的视频数据进行分析,提炼出各种视频特征,例如监控画面中的车牌号码、车型、颜色、车标等车辆信息,或者是出现的人脸位置等信息,进行SVAC监控专用信息编码后,插入到SVAC编码的视频流中,这样在平台端进行实时预览或者查询录像时,这些监控专用信息和对应的视频片段就建立了紧密的关联,可以通过查询车辆信息、比对人脸图片等方式查询和定位到对应的视频位置,充分发掘出视频录像的高效利用价值。

  除了针对视频的智能分析之外,在某些应用场景,异常情况的出现是以突然出现的巨大声音为特征的,例如夜间停止作业的仓储区域,在有人闯入之前,可能画面并没有异常,但因为破门破窗等行为产生了异常的声音,这个时候针对视频的智能分析没有用武之地,而音频智能分析就能派上大用场。SVAC监控前端可以对采集的声音信号进行频域或者时域上的分析,当超出预设的阈值时,认为已经探测到异常情况,继而把报警信息作为监控专用信息加以编码,并插入SVAC视音频码流中,传输到后台用于实时的告警或者便于事后的查询。这一处理方式与以前摄像机的智能视频分析功能对出现越界、逆行等异常情况时的处理类似,但把监控摄像机的智能分析从视频数据扩展到音频数据,让监控摄像机不仅“目明”,而且“耳聪”。

  现在的视频监控系统早已超越了单纯的视音频编码录像这一基础功能,更多的项目应用中需要摄像机能对接外部的信息采集设备,例如身份证识读器、门禁控制器、指纹识读器等各种物联网探测终端,这些探测终端采集的信息逐渐成为SVAC监控专用信息的另外一个重要来源。以刷卡为例,目前的SVAC摄像机已经可以通过RS-485等接口连接身份证识读器或者门禁控制器,将获取的二代身份证相关信息(身份证号码、姓名等),或者来自门禁控制器的卡号等信息进行监控专用信息编码,插入SVAC视频流中,随同视频流一起传输、存储和呈现。利用这些监控专用信息可实现“以证查人”(按身份证号码、门禁卡号查询刷卡视频)、“以人查证”(根据刷卡视频获取画面中人员的身份证或门禁卡号信息)等功能。

  理论上讲,所有采集各种物联网信息的设备都可以利用这种方式与SVAC摄像机结合,衍生出各种丰富多彩的应用。例如:我们已经看到有用户把蔬菜大棚的温湿度信息结合视频进行SVAC编码应用于智慧农业项目;有用户把风速风向及环境污染检测数据结合视频进行SVAC编码应用于工地扬尘检测等环保项目;也有用户对ATM机进行升级,通过将钞票冠字号与存取款人的人脸信息结合视频进行SVAC编码用于金融行业安全性的提升……我们相信,充分利用SVAC监控专用信息的这一针对安防视频监控实战需求而定义的特性,市场上将会出现越来越多的特色应用,把视频监控的智能化应用推向一个新的高度。

  视音频数据在网络中的传输会带来非授权访问、非法监听等问题,同时数字视频数据易于被故意篡改且难以察觉。而在一些应用场合,安全防范监控数据的机密性、完整性和非否认性至关重要。为了实现这些安全目标,在传统的安全防范监控应用中,相关安全机制大都在编解码环节之外,如在传输层实现,这种方式不能从信源(视音频编码环节)开始保证数据的安全,同时也使得一些媒体信息安全机制不能得到有效利用。

  加密可以有效保护数据的机密性,防止非授权访问和非法监听。认证可以识别视音频的产生源以及所对应的视音频数据是否完整或被篡改。SVAC标准规定了加密和认证接口及数据格式,支持对数据的安全保护,既保证了以统一的语法格式支持多种加密和认证算法,便于互联互通,也保留了足够的扩展灵活性,充分考虑到技术发展带来更高性能的加密和认证方式的增加和扩充。

  SVAC标准中对视频加密、视频认证功能的技术实现和数据结构等进行了描述,但是如果和视频加密与认证密钥(或数字证书)的管理、验证等有关的体系架构没有明确标准的话,还不足以构建一个完整的视频监控安全体系。在相关的视频加密和认证标准正式颁布实施之前,我们已经看到最新的智能SVAC芯片内置加密处理单元和数字证书存储单元,支持SVAC标准定义的加密和认证功能,支持国标加密、认证算法和数字证书管理,数据防篡改、信源可信,保证监控数据的保密性、真实性和完整性,为实现SVAC标准定义的视频加密、视频认证功能奠定了良好的基石,这些功能的完整实现和在项目中的广泛应用是新的一年中非常值得期待的事情。

  SVAC2.0的标准尚在制定之中,在新版本的SVAC标准颁布实施和广泛应用之前,符合现有版本标准的SVAC产品还有可以继续优化和完善之处,例如支持更高精度的视频数据和达到更好图像质量与更高编码效率的平衡。

  视频监控领域要求视频图像要适应高动态范围,并希望看到更多的图像细节。视频数据精度(位宽)低会导致图像对比度下降、图像细节和层次丢失,造成图像原始内容的损失。SVAC标准支持高精度视频数据,以减少编解码环节的图像信息损失,保证存储的视频数据尽可能真实、完整的保留拍摄场景的信息和图像细节,目前视频采集、显示设备都可以支持到10-bit甚至更高精度的数据,如果编解码器只支持8-bit数据,会成为系统的短板,降低系统整体性能。在已经实施的SVAC标准中定义了对8/9/10-bit视频数据的支持,并保留了未来扩充至12到16-bit的可能。通过对编码芯片的技术升级,目前已有厂商实现了10-bit视频数据的SVAC网络摄像机,从实测情况看,比市面上已有的摄像机(几乎全部为8-bit数据编码),采用10-bit数据编码的摄像机产品在颜色丰富性,宽动态范围等方面有着非常显著的优势。

  随着4K等更高分辨率的趋势到来,以及系统中摄像机数量的大幅增加,怎样平衡更好视频质量和更高编码效率成为业界共同面对的挑战,这需要从视频编码核心算法及芯片层面的实现下功夫。据了解,前面提到的新一代智能SVAC芯片就通过对上下文自适应二进制算术编码(CABAC)和B-frame技术的实现,在更低码流下获得了更好的视频质量。

  结合当前市场上SVAC产品应用中特色功能的实现方式的说明,以及未来一段时间SVAC产品新功能演进的趋势分析,我们可以充分相信,正是因为SVAC标准的很多规范都是基于实战需求进行定义,因为SVAC产业联盟企业孜孜不倦地在算法、芯片、整机、平台全面投入,SVAC国家标准的产业化步伐将进一步加快,在安防视频监控系统中的应用将更加迅速地普及。

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