图像处理技术及在视频监控业的应用

2011-08-10 09:03:08 来源:CPS中安网 作者: 罗 超 责任编辑: liuzhenzhen 收藏本文

 在视频监控数字处理芯片选择上，DSP是中国监控市场的主流处理器，很多中高端方案都选择DSP作为处理器。ASICSoC是后进入者，有几家厂商在做基于ASIC（专用集成电路）芯片的视频监控系统，对市场产生了一定的冲击。此外，FPGA（现场可编程门阵列）也试图进入这个市场，但目前还没有看到安防企业成功应用的例子。数字监控图像处理技术具有强大的运算功能，是基于DSP数字处理芯片构架基础之上，DSP芯片的发展对数字监控图像处理技术的提升有关键性的作用。
       随着近些年来中国数字视频监控市场每年都以超过30%的比例增长和其他领域的增长，视频处理芯片市场也随之得到了增长，国内外芯片厂家开始关注并主动去推广视频监控这个潜力巨大的市场。1999年，飞利浦PNX1300芯片在中国推广并得到应用；2003年，TI推出通用数字媒体处理器TMS320DM642，正式进军中国数字视频监控领域；2004年，海思推出采用H.264SoC架构的监控专用芯片的半导体公司，在经历了三年多的调研和研发之后，推出Hi3510芯片；几乎在同一时间，台湾升迈科技母公司（智原）开始整合ARMcore，兼容FA526CPU和MPEG4/MJPEGcodec及多项外围IP，研发为数字监控量身打造的视频编解码芯片SoC。2010年中星微电子在美国拉斯维加斯举行的国际消费电子产品展(CES)上发布了基于场景高保真图像处理技术的DSP芯片，其核心是多核异构低功耗多媒体处理器架构技术，在前端图像处理部分就采用场景高保真图像处理技术中的图像采集成像处理，使得在宽动态范围场景下能记录尽可能多的图像信息并获得清晰的图像还原视觉效果，准确反映真实世界的场景。

        经过近十多年的发展，DSP芯片的编码能力有了很大的提升。之前要实现1080i的图像质量需要用10颗芯片编码，现在只要两、三颗就可以了。结合市场需求来看，追求更好的图像品质是用户非常合理且永恒的要求。而随着智能化高清监控时代的来临，为了满足监控系统对视频图像的分析处理要求，如车牌识别、人脸识别等，将对图像质量提出了更高的要求。高清摄像机的高清格式，这对芯片的编解码能力提出了更大的挑战。基于以上分析，针对数字监控图像处理技术理想的DSP处理器必须具备以下几方面的特点：内核处理能力强；专门针对图像处理的指令集；易于大量数据传输的低功耗硬件架构；高集成度；丰富的软件模块库；功能强大的开发工具。

         另外一方面，压缩算法的不断升级也改变着数字监控图像处理技术的发展。随着市场上主流的压缩格式向H.264，甚至更为高级的算法格式发展。不断地提高压缩比，并进行算法优化成为芯片厂商的追求。就运算量而言，MPEG-4比JPEG复杂4倍，H.264又较MPEG4复杂3倍以上，除了decoder的兼容性和encoder压缩质量的基本要求，高速的系统架构、内存频宽、高效率的DMA控制器，甚至多核的平行处理都是SoC（系统级芯片）效能是否优秀的关键。H.264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H．264 的应用亮点。从当前市场上主流的芯片厂商所推出的产品来看，大多有支持高清格式的产品，例如，ADI的ADV202、212产品可以支持高清格式。TI的DM355即可支持720p下的MPEG4实时编码，码率为4Mbp至8Mbps，可以作为高清网络摄像机或高清视频服务器的核心处理器。据了解，TI可支持720p下的H.264实时编码芯片的推出，标志着高清编码芯片的诞生。这将可以使视频监控产品在更低的码流下获得更高的图像画质，将进一步促进数字监控图像处理技术的发展。

主流视频图像处理技术

        图像处理技术着重强调对给定的图像进行某些变换，从而得到清晰图像的过程。人们常用图像处理技术主要满足于对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果并为自动识别打下基础，或对图像进行压缩编码以减少所需存储空间或传输时间，满足设定传输通路的要求。对含有噪声的图像，要去除噪声，滤去干扰，提高信噪比；对信息微弱的图像进行灰度变换等增强处理；对已经退化的图像进行复原；对失真的图像进行几何校正等变换。现在监控行业中图像处理技术的主要还是涉及到下面两个方面：1、经过图像处理还原出人眼感受不到的，但又现实存在的原始信息。公安干警侦破案件需要寻找各种各样的线索，而有时候看起来很不起眼的一点图像信息，可能也会对案件的侦破起到决定性的作用。2、纠正图像中存在的逆光、强光、弱光、偏色等缺陷，还原真实信息。以汽车牌照为例，在监控设备实际应用当中常常会遇到这样的情况，由于车辆的牌照在交通道口经常会受到对面车灯强光等或外部光源的照射，使得摄像机拍摄出来的车牌照片反光，人眼根本无法识别。看不清照片并不是说数字图片中没有车牌号码的颜色信息，而是由于光线的原因（或者说是光污染）使得车牌号码颜色信息被强的亮度信息掩盖掉了。通过监控图像处理技术可以对图像的亮度层进行处理，而把车牌的信息显现出来。同样，对于一些由于逆光、弱光、暗光、偏色或综合因素影响的监控，用图像处理技术同样可以达到很好的效果。图像处理技术在监控领域已经获得广泛的应用，那么，哪些技术应用在安防行业呢？下面是中国安防行业中主流的数字图像处理技术。
        智能分析处理技术
        智能分析处理技术是目前中国安防行业最为关注的图像处理技术，该技术简而言之，就是发现图像中运动的物体，并对其进行跟踪、分析，及时发现“异常”行为，触发报警并采取其他措施进行干预。智能分析处理技术是基于监控图像处理软件包而开发的，主要有以下几种图像处理形式：

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