專利名稱：一種基于Symbian平臺下的視頻監(jiān)控信息交互系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種視頻監(jiān)控信息交互系統(tǒng)，尤其是涉及一種能使用Symbian 平臺實現(xiàn)監(jiān)控點到移動終端的基于Symbian平臺下的無線視頻監(jiān)控信息交互系統(tǒng)。
二背景技術：
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,以無線通信網(wǎng)絡為載體，集成數(shù)據(jù)與語音、圖像傳輸于一體，實現(xiàn)多功能 的、多媒體的、多單位協(xié)同指揮的，并擁有安全可靠的數(shù)據(jù)保護和災難恢復機 制的社會應急系統(tǒng)。對預先報警、災害天氣、重大傳染性疾病、公眾突發(fā)事件、 人員布控、災害監(jiān)視、災情鑒定等移動通信手段提供及時有效的安全數(shù)據(jù)信息 服務，對應急指揮中心日常工作提供了移動的安全交互手段。
由于現(xiàn)有的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能實現(xiàn)監(jiān)控點到監(jiān)控中心(point to Center)的集中式值守監(jiān)控，該模式的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控點固定，監(jiān)控中心龐大，對
于事故(災情)圖像上報不及時等，缺點嚴重的影響了有關部門對災害/事故的監(jiān) 控、處理、善后的一系列工作。 '
(一)Symbian平臺技術
Symbian平臺是目前市場上最為主流之一的手機操作平臺，它具有實時性 強、多任務、功耗低、內(nèi)存占用少等特點，非常適合手機等移動設備使用，同 時它也支持GPRS、藍芽、SyncML、以及3G技術。最為關鍵的它是一個標準化的 開放式平臺，任何人都可以為支持Symbian的設備開發(fā)軟件。與微軟產(chǎn)品不同的是，Symbian將移動設備的通用技術，也就是操作系統(tǒng)的內(nèi)核，與圖形用戶界 面技術分開，能很好的適應不同方式輸入的平臺，也可以使廠商可以為自己的 產(chǎn)品制作更加友好的操作界面，符合個性化的潮流，這也是用戶能見到不同樣 子的symbian系統(tǒng)的主要原因?，F(xiàn)在為這個平臺開發(fā)的java程序已經(jīng)開始在互 聯(lián)網(wǎng)上盛行。用戶可以通過安裝這些軟件，擴展手機功能。
Symbian系統(tǒng)主要由以下幾個硬件部分組成，中央處理器、R0M、 RAM、 10 設備和電源。各個硬件構成各司其職，保證系統(tǒng)的運行。Symbian系統(tǒng)一般采用 32位處理器，系統(tǒng)運行及數(shù)據(jù)運算都依靠處理器來完成。ROM內(nèi)固化Symbian 系統(tǒng)和設備自帶的各項功能。RAM則是用以存放當前活動的程序和系統(tǒng)運行必需 的數(shù)據(jù)，以及各類臨時性交換文件，或者作為WAP緩存等，此外還負責存放用 戶的一些數(shù)據(jù)。10設備包括一般的控制設備，如鍵盤，觸摸屏、擴展存儲卡、 藍牙接口等。電源則為電池或者外接電源。
(二) KMVC視頻編碼算法
KMVC視頻編碼算法(KingTone Mobile Video coder )是我公司參照國內(nèi)AVS 視頻編碼標準和MPEG-2視頻編碼標準的編碼經(jīng)驗自主研發(fā)的在低傳輸速率下的 視頻低損壓縮算法。
MPEG-2視頻編碼標準(又稱為ITU-T H. 262 [2])已有10年的歷史了，由 MPEG-l擴充而來，支持隔行掃描。使用十分廣泛，幾乎用于所有的數(shù)字電視系 統(tǒng)，適合標清和高清電視，適合各種媒體傳輸，包括衛(wèi)星、有線、地面等，都 能,效地傳輸。然而，類似xDSL、 UMTS (通用移動系統(tǒng))技術只能提供較小的 傳輸速率，甚至DVB-T，也沒有足夠的頻段可用，提供的節(jié)目很有限，隨著高清 電視的引入，迫切需要高壓縮比技術的出現(xiàn)。AVS視頻標準(GB/T 20090.2)是基于我國自主創(chuàng)新技術和國際公開技術 所構建的標準，主要面向高清晰度和高質(zhì)量數(shù)字電視廣播、網(wǎng)絡電視、數(shù)字存 儲媒體和其他相關應用，具有以下特點
(1) 性能高，編碼效率是MPEG-2的2倍以上，與H.264的編碼效率處于同 一水平；
(2) 復雜度低，算法復雜度比H. 264明顯低，軟硬件實現(xiàn)成本都低于H. 264;
(3) 我國掌握主要知識產(chǎn)權，專利授權模式簡單，費用低。
KMVC編碼算法的基本原理是利用時間統(tǒng)計的相關性，開發(fā)幀間預測算 法；利用畫面局部與起始幀對比，壓縮并減少傳輸幀的大小，采用局部變化生 成方式，實現(xiàn)在惡劣的網(wǎng)絡和終端環(huán)境中的應用。
KMVC編碼算法由視頻編碼層(Video Coding Layer, VCL)、網(wǎng)絡提取層 (Network Abstraction Layer, NAL)、圖像比較層(Image Comparison Layer, ICL)三部分組成。VCL中包括VCL編碼器與VCL解碼器，主要功能是視頻數(shù)據(jù) 壓縮編碼和解碼，它包括運動補償、變換編碼、熵編碼等壓縮單元。ICL主要 功能是將不同幀的圖像進行比較，區(qū)分不同的幀區(qū)塊傳入VCL進行編碼。包括 圖像分割、區(qū)±央比較、區(qū)塊選擇等單元。NAL則用于為VCL提供一個與網(wǎng)絡無關 的統(tǒng)一接口，它負責對視頻數(shù)據(jù)進行封裝打包后使其在網(wǎng)絡中傳送，它采用統(tǒng) 一的數(shù)據(jù)格式，包括單個字節(jié)的包頭信息、多個字節(jié)的視頻數(shù)據(jù)與組幀、邏輯 信道信令、定時信息、序列結束信號等。包頭中包含存儲標志和類型標志。存 儲標志用于指示當前數(shù)據(jù)不屬于被參考的幀。類型標志用于指示圖像數(shù)據(jù)的類 型。VCL可以傳輸按當前的網(wǎng)絡情況調(diào)整的編碼參數(shù)。KVMC算法協(xié)議編碼過程
KMVC編碼器采用的是變換和預測的混合編碼法。輸入的幀或場以宏塊為單 位被編碼器處理。首先，進入ICL進行已變化動態(tài)塊的比較，然后按幀內(nèi)或幀 間預測編碼的方法進行處理。如果采用幀內(nèi)預測編碼，其預測值PRED是由圖像 經(jīng)運動補償后得出的。為了提高預測精度，從而提高壓縮比，實際的參考圖像 可在過去或未來(指顯示次序上)已編碼解碼重建和濾波的幀中進行選擇。預 測值PRED和當前塊相減后，產(chǎn)生一個殘差塊經(jīng)VCL、重排序后產(chǎn)生一組量化后 的變換系數(shù)X再經(jīng)熵編碼，與解碼所需的一些邊信息(如預測模式量化參數(shù)、運 動矢量等) 一起組成一個壓縮后的碼流，經(jīng)NAL (網(wǎng)絡自適應層)供傳輸和存儲 用。為了提供進一步預測用的參考圖像，編碼器設計了重建圖像的功能。因此 使殘差圖像經(jīng)反量化、反變換后得到的數(shù)據(jù)與預測值相加，得到未經(jīng)濾波的幀。 為了去除編碼解碼環(huán)路中產(chǎn)生的噪聲，提高參考幀的圖像質(zhì)量，從而提高壓縮 圖像性能，設置了一個環(huán)路濾波器，濾波后的輸出即為重建圖像，可用作參考 圖像。
由編碼器的NAL輸出一個壓縮后的壓縮比特流。經(jīng)熵解碼得到量化后的一 組變換系數(shù)X，再經(jīng)區(qū)塊整合、運動補償、排序，得到殘差數(shù)據(jù)。利用從該比特 流中解碼出的頭信息，解碼器就產(chǎn)生一個預測塊PRED，它和編碼器包括ICL中 的'原始PRED是相同的。當該解碼器產(chǎn)生的PRED與殘差數(shù)據(jù)相加后，就產(chǎn)生未 經(jīng)濾波的幀，再經(jīng)濾波后，最后就得到重建的最后的解碼輸出圖像。
KMVC編碼算法的特點 .KMVC編碼算法是采用DCT變換編碼加DPCM的差分編碼，即混合編碼結構。 同時，KMVC編碼算法在混合編碼的框架下引入了新的編碼方式，提高了編碼效率，更貼近實際應用。KMVC編碼算法沒有繁瑣的選項，它具有比比263++更好 的壓縮性能，又具有適應多種信道的能力。KMVC編碼算法的應用目標廣泛，可 滿足各種不同速率、不同場合的視頻應用，具有較好的抗誤碼和抗丟包的處理 能力。KMVC編碼算法編碼基本結構在很多環(huán)節(jié)做了改進，現(xiàn)列舉如下
1、 先進的ICL
KMVC編碼算法中率先采用了 ICL單元，對于畫面中長時間靜止的區(qū)塊實現(xiàn) -次傳輸多次使用。并且將每幀圖像進行分割處理，對畫面中改變的區(qū)塊進行 編碼傳輸，降低了編碼傳輸量，實現(xiàn)畫面的低損耗壓縮。
2、 多種更好的運動估計
一是高精度估計
在KMVC編碼算法中則進一步采用1/4像素甚至1/8像素的運動估計。即真 正的運動矢量的位移可能是以1/4甚至1/8像素為基本單位的。顯然，運動矢 量位移的精度越高，則幀間剩余誤差越小，傳輸碼率越低，即壓縮比越高。在 腿VC編碼算法中采用了 6階FIR濾波器的內(nèi)插獲得1/2像素位置的值。當1/2 像素值獲得后，1/4像素值可通過線性內(nèi)插獲得，對于4:1:1的視頻格式，亮 度信號的1/4像素精度對應于色度部分的1/8像素的運動矢量，因此需要對色 度信號進行l(wèi)/8像素的內(nèi)插運算。理論上，如果將運動補償?shù)木仍黾右槐?例 如從整像素精度提高到1/2像素精度)，可有0. 3bit/Sample的編碼增益，但實 際驗證發(fā)現(xiàn)在運動矢量精度超過1/8像素后，系統(tǒng)基本上就沒有明顯增益了， 因此，在KMVC編碼算法中，只采用了 1/4像素精度的運動矢量模式，而不是采 用1/8像素的精度。
二是多宏塊劃分模式估計在腿VC編碼算法的預測模式中， 一個宏塊(MB)可劃分成7種不同模式 的尺寸，這種多模式的靈活、細微的宏塊劃分，更切合圖像中的實際運動物體 的形狀，于是，在每個宏塊中可包含有l(wèi)、 2、 4、 8或16個運動矢量。 三是多參數(shù)幀估計 _ 在KMVC編碼算法中，可采用多個參數(shù)幀的運動估計，即在編碼器的緩存中 存有多個剛剛編碼好的參數(shù)幀，編碼器從其中選擇一個給出更好的編碼效果的 作為參數(shù)幀，并指出是一幀被用于預測，這樣就可獲得比只用上一個剛編碼好 的幀作為預測幀的更好的編碼效果。 -3、更精確的幀內(nèi)預測
在KMVC編碼算法中，每個4X4塊中的每個像素都可用17個最接近先前已 編碼的像素的不同加權和來進行幀內(nèi)預測。 4、統(tǒng)一的VLC
KMVC編碼算法中關于熵編碼有兩種方法。
統(tǒng)一的VLC (即UVLC: Universal VLC)。 UVLC使用一個相同的碼表進行編 碼，而解碼器很容易識別碼字的前綴，UVLC在發(fā)生比特錯誤時能快速獲得重同步。
容自適應二進制算術編碼
(CABAC: Context Adaptive Binary Arithmetic Coding) 其編碼性能比UVLC稍好，但復雜度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于Symbian平臺下的視頻監(jiān)控信息交互系統(tǒng)， 其整個系統(tǒng)由若干個無線監(jiān)控點通過移動通訊線路連接而成，監(jiān)控部分模塊化、移動化，數(shù)據(jù)靠加密線路和協(xié)議傳輸，系統(tǒng)加強了組建系統(tǒng)的靈活性和擴充性， 增加了系統(tǒng)的可靠性，具有較高的性價比。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為
一種基于Symbian平臺下的視頻監(jiān)控信息交互系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由 若;干個無線監(jiān)控點通過移動通訊線路連接而成，將所有監(jiān)控點由視頻采集器采 集的信息通過編碼服務器編碼成為可在，Symbian平臺傳輸?shù)臒o線信號，再通過 監(jiān)控信號轉發(fā)服務器發(fā)送到移動終端，系統(tǒng)的工作流程為
1. 初始化； '
2. 視頻圖像采集；
3. 使用KMVC編碼算法協(xié)議進行編碼；
4. 轉發(fā):通過無線方式傳輸；
5. 支持Symbian的移動終端請求服務器數(shù)據(jù)；
6. 對數(shù)據(jù)進行緩沖處理；
7. 使用KMVC編碼算法協(xié)議進行解碼；
8. YUV格式的圖像輸出播放；
'9.請求下一幀圖像數(shù)據(jù)重復步驟(5)到(8)。
采集點使用常規(guī)的監(jiān)控視頻頭或者是帶Symbian編碼芯片支持CDMA IX的 無線監(jiān)控采集設備進行圖像的采集和收取，對于常規(guī)的監(jiān)控視頻頭所采集的圖 像，將傳輸至視頻采集/編碼服務器使用KMVC編碼算法進行編碼。
.與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下
1)、本發(fā)明最大限度的了利用了現(xiàn)有的Symbian平臺手機終端的芯片功能， 提供無線通信服務，將計算技術與電話技術相結合。2)、通過在Sy油ian平臺上采用改進的KMVC幀內(nèi)預測編碼算法克服了在普 通無線通信環(huán)境下的視頻流暢傳輸?shù)募夹g難題，實現(xiàn)了低碼流下高品質(zhì)的圖像 傳輸；
',3)、通過獨特的幀間時間戳技術克服了無線網(wǎng)絡不穩(wěn)定易中斷的缺點，加 強對誤碼和丟包的處理，實現(xiàn)了自適應網(wǎng)絡狀況的視頻流傳輸，解決了網(wǎng)絡中 斷帶來的圖像傳輸中斷問題；
4) 、在Symbian平臺上采用1/4采樣精度的運動補償技術和幀間運動預測 技術在較窄帶寬下的實現(xiàn)了較高質(zhì)量的圖像壓縮與傳輸。
5) 、以無線通信網(wǎng)絡作為承載平臺，以視頻監(jiān)控、信息交互為核心，集視 頻采集、高清圖像傳輸?shù)裙δ苡谝惑w，并借助各種輔助系統(tǒng)進行無線信息交互 的應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)結合現(xiàn)有通信運營商移動通信網(wǎng)絡覆蓋范圍廣泛、無處不 在的特性，可利用各種先進技術手段解決信息準確和及時發(fā)布的問題，并快速 做出反應。
四

圖1為KMVC編碼算法編碼器的組成示意圖2為KMVC編碼算法解碼器的組成示意圖； '圖3為PB幀模式下的預測圖解；
圖4為B塊中前向預測和雙向預測圖。
五具體實施例方式
本發(fā)明將所有監(jiān)控點的信息編碼成為可在Symbian平臺傳輸?shù)臒o線信號， 并可以在移動終端進行實時監(jiān)控，系統(tǒng)包括支持視頻采集/編碼服務器，監(jiān)控信號轉發(fā)服務器，移動終端，其工作流程為
(1) 初始化；
(2) 視頻圖像采集；
(3 )使用KMVC編碼算法協(xié)議進行編碼；
(4) 轉發(fā):通過無線方式(CDMA 1X)傳輸；
(5) 支持Symbian的移動終端請求服務器數(shù)據(jù)；
(6) 對數(shù)據(jù)進行緩沖處理；
.(7 )使用KMVC編碼算法協(xié)議進行解碼；
(8) YUV格式的圖像輸出播放
(9) 請求下一幀圖像數(shù)據(jù)重復步驟(5)到(8)。 采集點可以使用常規(guī)的監(jiān)控視頻頭或者是帶Symbian編碼芯片支持CDMA IX
的無線監(jiān)控采集設備進行圖像的采集和收取，對于常規(guī)的監(jiān)控視頻頭所采集的 圖像，將傳輸至視頻采集/編碼服務器使用KMVC編碼算法協(xié)議進行編碼.
KMVC編碼算法編碼器的組成如圖1所示，KMVC編碼算法解碼器的組成如圖 2所示。
一、KMVC編碼算法主要特性
1. KMVC編碼算法C相對以前的編碼方法，以MPEG-2為例，在圖像內(nèi)容預測方 面提高編碼效率，改善圖像質(zhì)量的主要特點如下
動態(tài)與靜態(tài)區(qū)塊劃分KMVC編碼算法將不同幀圖像中的靜態(tài)與動態(tài)圖像進 行自適應區(qū)塊的劃分，選擇產(chǎn)生主要變化的區(qū)塊，進行編碼壓縮，降低了壓縮編碼的工作量，提高編碼效率。
參可變塊大小運動補償選擇運動補償大小和形狀比以前的標準更靈活，最 小的亮度運動補償塊可以小到4X4。
參1/4采樣精度運動補償以前的標準最多1/2精度運動補償，首次l/4采樣
精度運動補償出現(xiàn)在MPEG-4第二部分高級類部分，但KMVC編碼算法大大減少 了內(nèi)插處理的復雜度。
參運動矢量可跨越圖像邊界在以前的標準中，運動矢量限制在已編碼參考圖 像的內(nèi)部。
參多參考圖像運動補償在MPEG-2及以前的標準中，P幀只使用一幀，B幀只 使用兩幀圖像進行預測。KMVC編碼算法使用高級圖像選擇技術，可以用以前已 編碼過且保留在緩沖區(qū)的大量的圖像進行預測，大大提高了編碼效率。
加權預測KMVC編碼算法采用新技術，允許加權運動補償預測和偏移一定 量。在淡入淡出場景中該技術極大提高編碼效率，該技術還可用于其他多種用
途。 —
參改善"跳過"和"直接"運動推測在以前的標準中，預測編碼圖像的"跳
過"區(qū)不能有運動。當編碼有全局運動的圖像時，該限制非常有害。KMVC編碼 算法對"跳過"區(qū)的運動采用推測方法。對雙預測的B幀圖像，采用高級運動 預測方法，稱為"直接"運動補償，進一步改善編碼效率。
參幀內(nèi)編碼直接空間預測將編碼圖像邊沿進行外推應用到當前幀內(nèi)編碼圖參循環(huán)去塊效應濾波器基于塊的視頻編碼在圖像中存在塊效應，主要來源 于預測和殘余編碼。自適應去塊效應濾波技術是非常著名的技術，能有效消除 塊效應，改善視頻的主觀和客觀質(zhì)量。
2. 除改善預測方法外，其他改善編碼效率的特性如下
參小塊變換以前的標準變換的塊都是8X8， KMVC編碼算法主要使用4X4
塊變換，使編碼器表示信號局部適應性更好，更適合預測編碼，減少"鈴"效 應。另外圖像邊界需要小塊變換。
參分級塊變換KMVC編碼算法通常使用小塊變換，但有些信號包含足夠的相 關性，要求以大塊表示，KMVC編碼算法有兩種方式實現(xiàn)。低頻色度信號可用 8X8，；對幀內(nèi)編碼，可使用特別的編碼類型，低頻亮度信號可用16X16塊。
參短字長變換所有以前標準使用的變換要求32位運算，KMVC編碼算法只使 用16位運算。
參完全匹配反變換所有以前標準反變換和變換之間存在一定容限的誤差， 因此，每個解碼器輸出視頻信號都不相同，產(chǎn)生小的漂移，最終影響圖像的質(zhì)
量，KMVC編碼算法實現(xiàn)了完全匹配。
攀基于上下文的熵編碼腿VC編碼算法使用兩種熵編碼方法，CAVLC (上下文 自適應的可變長編碼)和CABAC (上下文自適應二進制算術編碼)，兩種都是基 于上下文的熵編碼技術。
3. 認VC編碼算法具有強大的糾錯功能和各種網(wǎng)絡環(huán)境操作靈活性，主要特性如 下拳參數(shù)集結構KMVC編碼算法參數(shù)集結構設計了強大、有效的傳輸頭部信息。 在以前的標準中，如果少數(shù)幾位關鍵信息丟失，可能解碼器產(chǎn)生嚴重解碼錯誤。
KMVC編碼算法采用很靈活、特殊的方式，分開處理關鍵信息，能在各種環(huán)境下
可靠傳送。
參NAL單元語法結構KMVC編碼算法中的每一個語法結構放置在稱為NAL的， 元中，以前的標準采用強制性特定的位流接口。 NAL單元語法結構允許很自由的 客^化，幾乎適合所有的網(wǎng)絡接口。
靈活的像條大小在MPEG-2中，規(guī)定了嚴格的像條結構，頭部數(shù)據(jù)量大， 降低預測效率，編碼效率低。在KMVC編碼算法可采用非常靈活的像條大小。
參靈活宏塊排序(FM0) : KMVC編碼算法可以將圖像劃分為像條組，又稱為圖 像區(qū)，每個像條可以獨立解碼。FMO通過管理圖像區(qū)之間的關系，具有很強的抗 數(shù)據(jù)丟失能力。
任意像條排序因為每個像條幾乎可以獨立解碼，所以像條可以按任意順序 發(fā)送和接收，在實時應用中，可以改善端到端的延時特性，特別適合于接收順 序和發(fā)送順序不能對應的網(wǎng)絡中，如使用INTERNET網(wǎng)絡協(xié)議的應用。
攀冗余圖像為提高抗數(shù)據(jù)丟失的能力，KMVC編碼算法設計中包含一種新的能 力，允許編碼器發(fā)送圖像區(qū)的冗余表示，當圖像區(qū)的主表示丟失時仍可以正確 解碼。
參數(shù)據(jù)劃分視頻流中的編碼信息的重要性不同，有些信息(如運動矢量、預
測信息等)比其他信息更為重要。腿VC編碼算法可以根據(jù)每個像條語法元素的 范疇，將像條語法劃分為3部分，分開傳送。二、網(wǎng)絡層
NAL規(guī)范視頻數(shù)據(jù)的格式，主要是提供頭部信息，以適合各種媒體的傳輸和
存儲。NAL支持各種網(wǎng)絡，包括
參任何使用RTP/IP協(xié)議的實時有線和無線Internet服務。 參作為MP4文件存儲和多媒體信息文件服務。
MPEG-2系統(tǒng)。 參其他網(wǎng)。
1.亂單元
編碼的視頻流組織成NAL單元，視頻數(shù)據(jù)放置在網(wǎng)絡單元中傳輸，個 '網(wǎng)絡單元包含整數(shù)個字節(jié)，第一個字節(jié)是頭部信息，指示NAL單元的數(shù)據(jù)類 型，其余是凈荷。
凈荷數(shù)據(jù)與仿真預防字節(jié)做交織處理，仿真預防字節(jié)是特殊值字節(jié)，防止 偶然在凈荷中出現(xiàn)同步字節(jié)圖樣。
NAL規(guī)定一種通用的格式，既適合面向包傳輸，也適合流傳送。實際上，包 傳輸和流傳輸?shù)姆绞绞窍嗤?，不同之處是流傳輸前面增加了一個起始碼前綴。
'2. NAL單元在字節(jié)流中的應用
傳輸NAL作為有序連續(xù)字節(jié)或比特流，同時要依靠數(shù)據(jù)本身識別NAL單元 邊界。在這樣的應用系統(tǒng)中，KMVC編碼算法規(guī)范定義了字節(jié)流格式，每個NAL 單元前面增加3個字節(jié)的前綴，即同步字節(jié)。在比特流應用中，每個圖像需要增加一個附加字節(jié)作為邊界定位。還有一種可選特性，在字節(jié)流中增加附加數(shù) f，用做擴充發(fā)送數(shù)據(jù)量，能實現(xiàn)快速邊界定位，恢萆同步。
3. NAL單元在面向包傳送中的應用
在類似Internet/RTP面向包傳送協(xié)議系統(tǒng)中，包結構中包含包邊界識別字 節(jié)，在這種情況下，不需要同步字節(jié)。 '
4. VCL和非VCL的NAL單元
NAL單元分為VCL和非VCL兩種，VCL NAL單元包含視頻圖像采樣信息，非 VCL包含各種有關的附加信息，例如參數(shù)集(頭部信息，應用到大量的VCLNAL 單元)、提高性能的附加信息、定時信息等。
5. 參數(shù)集
參數(shù)集是很少變化的信息，用于大量VCLNAL單元的解碼，分為兩種類型
參序列參數(shù)集，作用于一串連纟賣的視頻圖像，即視頻序列。
攀圖像參數(shù)集，作用于視頻序列中的一個或多冬個別的圖像。
序列和圖像參數(shù)集機制，減少了重復參數(shù)的傳送，每個VCLNAL單元包含 一個標識，指向有關的圖像參數(shù)集，每個圖像參數(shù)集包含一個標識，指向有關 的序列參數(shù)集的內(nèi)容，因此，只用少數(shù)的指針信息，引用大量的參數(shù)，大大減 少每個VCL NAL單元重復傳送的信息。序列和圖像參數(shù)集可以在發(fā)送VCL NAL單元以前發(fā)送，并且重復傳送，大 大提高糾錯能力。序列和圖像參數(shù)集可以在"帶內(nèi)"，也可以用更為可靠的其 他"帶外"通道傳送。
6. 存儲單元
一組指定格式的NAL單元稱為存儲單元，每個存儲單元對應一個圖像。每 個存儲單元包含一組VCLNAL單元，組成一個主編碼圖f， VCLNAL單元由表示 視頻圖像采樣的像條所組成。存儲單元前面可以加一個前綴，分界存儲單元， 附加增強信息(SEI)(如圖像定時信息)也可以放在主編碼圖像的前面。
主編碼圖像后附加的VCL NAL單元，包含同一圖像的冗余表示，稱為冗余編碼 圖像，當主編碼圖像數(shù)據(jù)丟失或損壞時，可用冗余編碼圖像解碼。
7. 編碼視頻序列
一個編碼視頻序列由一串連續(xù)的存儲單元組成，使用同一序列參數(shù)集。每 4個見頻序列可獨立解碼。編碼序列的開始是即時刷新存儲單元(IDR) 。 IDR是 一個I幀圖像，表示后面的圖像不用參考以前的圖像。 一個NAL單元流可包含 一個或更多的編碼視頻序列。
三、視頻編碼層
采用變換編碼，使用空間和時間預測的混合編碼。圖3是一個宏塊的視頻 綿碼層的框圖。總之圖像劃分成塊， 一個序列的第一個圖像，即隨機存取點， 典型是幀內(nèi)編碼，幀內(nèi)每個采樣的預測只利用幀內(nèi)已編碼的空間相鄰的采樣，選擇哪些相鄰來樣進行預測，以及如何預測，這些附加信息必須同時被傳送到 解碼器同步處理。隨機存％點之間的圖像使用幀間編碼。
為了實現(xiàn)下一塊或下一個圖像的預測，編碼器包含一個解碼器，對量化變 換系數(shù)進行與解碼器解碼相同的反量化和反變換過程，導-出^碼預測殘余，解 碼殘余與預測相加，結果送到去塊效應濾波器，產(chǎn)生解碼視頻輸t^。
1. 圖像、幀和場
一個編碼視頻序列由連續(xù)的編碼圖像組成，編碼圖像可以是整個一幀圖像，
也可以是一場圖像。KMVC編碼算法編碼是基于幾何概念的表示方法，而不是基 于定時的概念。
2. YcbCr色度空間和4:2:0采樣 '
人的視覺特性按照亮度和色度信息分別感知世界。視頻的傳輸可以利用該 特性減少色度信息傳送。KMVC編碼算法目前采用的4:2:0采樣結構、8比特精 度，高精度顏色和高比特精度的建議正在討論中。
3. 宏塊劃分
每個視頻圖像幀或場都可以劃分為固定大小的宏塊，宏塊是解碼的基本模 塊單元，通常是一個16X16亮度像素和兩個8X8彩色分量像素的長方型區(qū)域。 所有宏塊的亮度和色度采樣在空間或時間上進行預測，對預測殘余進行變換編 碼。
4. 像條和像條組,像條由宏塊組成，像條是圖像的子集，包含圖像參數(shù)集，語法元素可以被 分析，圖像可以被獨立解碼。按照宏塊映射表規(guī)定的順序，在位流中安排宏塊 的傳輸順序，而不是按光柵掃描順序。
利用像條組的概念，KMVC編碼算法支持靈活宏塊排序特性(FM0) 。 FM0改 變了圖像劃分為像條和宏塊的方式。每個像條組是多個宏塊集合，通過宏塊到 像條組的影射表定義，該影射表在圖像參數(shù)集中指定。每個宏塊有一個像條組 標識號，所有像條組標識號構成宏塊到像條組影射表。每個像條組由一個或多 個像條組成，因此像條是一個宏塊序列，同一像條組中的宏塊，按光柵順序處 理。
利用FM0，圖像可以劃分為許多宏塊掃描圖樣，例如交織圖樣、點綴圖樣， 一個 或多個前景像條組、剩余像條組，或棋盤型圖樣影射等。每個像條組分別傳送， 后兩種所示，左邊宏塊到像條組的影射證明在關注局部型的編碼應用中非常有 用。右邊宏塊到像條組的影射證明適合保密型會議系統(tǒng)等應用。
無論是否使用FM0， KMVC編碼算法支持5種像條編碼類型
I像條最簡單的編碼類型，所有的宏塊不參考視頻序列中其他的圖像。
P像條除了I像條編碼類型外，P像條的部分宏塊可以利用幀間預測，每
個預測塊至多可使用一個運動補償預測信號。
B像條除了P像條編碼類型外，B像條的部分宏塊可以利用幀間預測，每
個預測塊可使用兩個運動補償預測信號。'以上三種與以前的標準相似，主要是參考圖像不同，其余兩種像條類型是SP(切 換P)SI (切換I)，是新的類型，用于在不同位率編碼碼流之間進行有效切換。
SP像條稱作切換P像條，能在不同編碼圖像之間有效地切換。
SI像條稱作切換I像條，允許SP像條的宏塊完全匹配，達到隨機讀取數(shù) 據(jù)進行解碼和恢復錯誤的目的。
5. 宏塊的編解碼過程
所有宏塊的亮度和色度采樣要進行空間或時間的預測，對預測的殘余進行
變換編碼，為了實現(xiàn)變換編碼，每個顏色分量的預測殘余要再劃分為更小的4X4 塊，每塊利用整數(shù)變換，變換系數(shù)被量化，最后是熵編碼。
6. 自適應幀/場編碼操作
在隔行掃描幀中，當有移動的對象或攝像機移動時，與逐行相比，兩個相 鄰行傾向減少統(tǒng)計的相關性，這種情況應比每場分別壓縮更為有效。為了達到 高效率，KMVC編碼算法在編碼幀時，有以下可選方案
攀結合兩場成一個完整幀，作為幀編碼，稱為幀模式。
參兩場分別編碼，稱為場模式。
參結合兩場成一個完整幀，作為幀壓縮。在編碼時，劃分垂直相鄰的兩個宏塊 對成兩個場宏塊對或幀宏塊，再進行編碼。每幀圖像可自適應選擇3種模式之一進行編碼。在前兩種之間進行選擇稱
為圖像自適應幀/場編碼(PAFF)，當一幀作為兩場編碼時，每場劃分為宏塊，
編碼方式與幀編碼方式很相似，主要有下面的例外 運動補償用參考場，而不是參考幀。 攀變換系數(shù)的"之字型"掃描方式不同。
參宏塊水平邊沿去塊濾波器的強度不選用"強"，因為場行在空間上是兩倍幀 行的距離。
在研制KMVC編碼算法標準時，據(jù)報道，采用ITU-601分辨率，PAFF編碼技 術與幀編碼相比可減少碼率16%到20%。
如果圖像由運動區(qū)和非運動區(qū)混合組成，非運動區(qū)用幀模式、運動區(qū)用場
一一
模式是最有效的編碼方法。因此每個垂直宏塊對(16X32)可獨立選擇編碼(幀 /場)模式。這種編碼選擇稱為宏塊自適應幀/場編碼(MBAFF)。對于幀模式宏 塊對，每個宏塊包含幀行，對于場模式宏塊對，頂部宏塊包含頂場行，底部宏 塊包含底場行。
處理場宏塊對的每個宏塊與幀PAFF模式相似，然而，因為在MBAFF幀中發(fā) 生場/幀宏塊對混合，需要修改用作下列用途的方法
S之字型掃描。
運動矢量預測。
幀內(nèi)預測模式的預測。參幀內(nèi)預測幀采樣精度。
去塊效應濾波器。
參上下文模型的熵編碼。
主要思想是盡可能保留多的空間一致性，MBAFF幀的空間相鄰的規(guī)范相當復 雜，下面講到的空間相鄰都是指非MBAFF幀。
MBAFF和PAFF的另一個重要區(qū)別是使用MBAFF方法， 一個場不能使用 同一幀的另一個場中的宏塊作為運動補償參考。這樣，有時PAFF比MBAFF編碼 更有效，特別是在快速全局運動、變換場景、圖像刷新等情況下。
—采用ITU-601分辨率，MBAFF編碼技術比PAFF相比可減少碼率14%到16%。
7. 幀內(nèi)預測
根據(jù)像條編碼類型，每個宏塊可以選擇幾種編碼類型之一。所有像條類型 支持兩級幀內(nèi)編碼，稱為INTRA-4X4和INTRA-16X16。
INTRA-4X4模式基于分別預測每個4 X4亮度塊，適合表現(xiàn)圖像細節(jié)部分。而 INTRA-16X 16模式將整個16X16亮度塊進行預測，適合平滑圖像區(qū)。此外對這 兩種亮度預測類型，色度單獨進行預測。作為INTRA-4X4和INTRA-16X16的 另一種選擇，I—PCM編碼類型允許編碼器簡單跳過預測和變換編碼過程，直接發(fā) 送采樣值。I一PCM允許編碼器精確地表示釆樣，通常表示一些反常圖像，而沒有 明顯增加數(shù)據(jù)量。
8. 幀間預測參P像條幀間預測
除了幀內(nèi)宏塊編碼類型外，P像條宏塊使用多種預測類型，即運動補償編碼 類型。為了方便運動描述，每個P型宏塊對應于指定的固定大小的宏塊劃分。
亮度塊的劃分大小為16X16、 16X8、 8X16、 8X8。
語法允許運動矢量跨越圖像邊界，這種情況參考幀需用外插法推算出圖像 外的采樣值。利用鄰近塊的平均或方向預測，用差分編碼計算運動矢量。
'語法支持多圖像運動補償預測，以前編碼的多個圖像都可用作運動補償參 考，每個運動補償需要指示參考圖像的索引。 一個8X8塊劃分成的小于8X8 塊的運動補償使用同一參考圖像索引，該功能要求編碼和解碼器具有多幀圖像 緩沖器，解碼器通過位流中的管理控制操作信息與編碼器同歩。
除了運動補償宏塊模式外，P宏塊可使用P—Skip模式，這種模式?jīng)]有量化 預測誤差、不用傳送運動矢量和參考索引參數(shù)。信號重建與P—16X16宏塊類型 預測信號類似，采用多幀緩沖區(qū)索引O的圖像作為參考圖像。重建P—Skip宏塊 的運動矢量與16X16塊運動矢量預測類似。P一Skip編碼類型適合沒有變化或固 定運動的區(qū)域，如搖鏡頭等，有極高的壓縮率。
參B像條的幀間預測
,B像條相對P像條的概念與以前的標準類似，但有些不同，B像條可以作為運動 補償預測的參考圖像，B像條可以對兩個補償預測值進行加權運算。
9.變換和量化與以前的視頻編碼標準類似，腿VC編碼算法利用預測殘余變換編碼。然而， KMVC編碼算法變換施加4X4塊上，不用離散余弦變換(DCT)，采用與離散余 弦變換相似特性的整數(shù)變換。因為使用整數(shù)運算，所以反變換沒有誤差。
10. 熵編碼
KMVC編碼算法支持兩種熵編碼方法，最簡單的熵編碼方法是對所有的語 法元素，除了量化系數(shù)外，使用單一無限可擴展的碼字表。這樣不必為每個語 法元素設計一個專用的VLC表，只需要按照數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性，客戶化影射到單 二碼字表。使用exp-Golomb碼建立單一碼表，具有很簡單、有規(guī)則的解碼特性。
為了有效傳送量化的變換系數(shù)，CAVLC (上下文自適應的可變長編碼)是很 有效的方法。在該方案中，對于各種語法元素的VLC碼表按照已傳送的語法元 素可以進行切換。因為VLC表設計匹配相應的條件統(tǒng)計，改善了熵編碼的性能。
在KMVC編碼算法中的算術編碼引擎，與概率相關的估計等都不使用乘法操 作，而是使用簡單的移位和査找操作，與CAVLC操作相比，CABAC典型減少碼率 5% 15%。在隔行掃描視頻，效果更明顯。
11. 去塊循環(huán)濾波器
基于塊編碼的壓縮算法的特點是偶爾產(chǎn)生可見的塊結構，由于塊邊沿的精 度比內(nèi)部差，塊效應是目前壓縮算法的常見人工瑕疵。KMVC編碼算法定義了一 個自適應循環(huán)濾波器，濾波的強度通過幾個語法元素控制。濾波的基本思想是如果塊邊沿的絕對差值相對比較大，出現(xiàn)塊人工瑕疵 的可能性就很大，因此需要進行相應處理。然而，如果差值幅度很大，編碼量 化過程的誤差不能解釋，邊沿很可能反映了源圖像的實際樣值，不需處理。
經(jīng)過濾波處理，減少了塊效應，而圖像的質(zhì)量基本不受影響，因此主觀質(zhì)量大 大改善。如果不濾波，同樣的主觀質(zhì)量，需要多出5% 10%的碼率。
12.假想?yún)⒖冀獯a器模型
標準的好處在于保證所有符合標準的解碼器能夠解碼出一致的視頻質(zhì)量。 要實現(xiàn)標準，僅僅提供編碼算法的描述是不夠的，在實時系統(tǒng)中，指定如何饋 送碼流比特給解碼器，解碼的圖像如何移出解碼器等都是很重要的。要實現(xiàn)該 功能，必須指定輸入/出緩沖器模型和開發(fā)與實現(xiàn)無關的接收機模型。這樣的接
收機模型稱為假想?yún)⒖寄Ｐ?HRD)。編碼器不允許產(chǎn)生假想?yún)⒖寄Ｐ筒荒芙獯a 的位流。因此如果所有接收機都模擬假想?yún)⒖寄Ｐ偷男袨?，可以保證所有解碼 器解出的碼流具有很好的一致性。
四、類和級及其應用
1.類和級
類和級指定符合點，這些符合點用于實現(xiàn)各種標準應用之間的互操作性。 類定義一組編碼工具和算法，用于產(chǎn)生一致性的比特流，級限定比特流的部分 關鍵參數(shù)。所有的解碼器符合指定的類必須支持該類定義的所有特性，編碼器不必要 求使用該類支持的任何特定的特性集，但必須提供一致性的比特流，即使支持 該類的解碼器能實現(xiàn)解碼。
KMVC編碼算法定義了 3類基類、主類和擴展類。 基類支持除下面兩組特性外的所有的KMVC編碼算法特性
(1) B像條、加權預測、CABAC、場編碼、圖像或宏塊在幀場編碼之間自適 應切換。
(2) PI/SI像條和像條數(shù)據(jù)分割。
主類支持第一組特性，但主類不支持FMO、 ASO和冗余圖像特性，擴展類支 持除CABAC外所有KMVC編碼算法特性，序列參數(shù)中包含了一些標志指示解碼該 碼流要求解碼器支持的類。
在KMVC編碼算法，所有類使用相同的級定義，但個別實現(xiàn)時，可能每個支 K的類支持的級不完全相同。KMVC編碼算法定義了 15個級。
2.新標準類的使用領域
KMVC編碼算法的高壓縮效率，擴充了現(xiàn)有的應用領域，至少包含以下領域:
(1)交互視頻服務，通常速率lMbps以下，低延遲。 主要應用如下
(1) 交互式視頻服務，利用基于ISDN視頻會議的電路交換；
(2) 娛樂視頻應用，50Kbps 80Kbps碼率，0.5到2秒中等時延。主要應用如下
有線、衛(wèi)星、地面、DSL等廣播電視； 通過各種媒體的視頻點播。
(3) 流媒體服務，30kbps到1.5Mbps， 2秒以上的時延，這些應用主要
利用基類或擴展類。有線或無線使用情況有所不同，主要應用如下
'GPP流，利用IP/RTP傳輸，RTSP作會話設置，3GPP規(guī)范的擴充部分可能 僅使用基類；
有線INTERNET流，利用IP/RTP傳輸，RTSP作會話設置。
(4) 其他服務，主要是低碼率，以文件傳送方式，不考慮時延的應用。
權利要求
1、一種基于Symbian平臺下的視頻監(jiān)控信息交互系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由若干個無線監(jiān)控點通過移動通訊線路連接而成，將所有監(jiān)控點由視頻采集器采集的信息通過編碼服務器編碼成為可在，Symbian平臺傳輸?shù)臒o線信號，再通過監(jiān)控信號轉發(fā)服務器發(fā)送到移動終端，系統(tǒng)的工作流程為(1)初始化；(2)視頻圖像采集；(3)使用KMVC編碼算法協(xié)議進行編碼；(4)轉發(fā)通過無線方式(CDMA1X)傳輸；(5)支持Symbian的移動終端請求服務器數(shù)據(jù)；(6)對數(shù)據(jù)進行緩沖處理；(7)使用KMVC編碼算法協(xié)議進行解碼；(8)YUV格式的圖像輸出播放；(9)請求下一幀圖像數(shù)據(jù)重復步驟(5)到(8)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于Symbian平臺下的視頻監(jiān)控信息交互系 統(tǒng)，其特征在于采集點使用常規(guī)的監(jiān)控視頻頭或者是帶Symbian編碼芯片支 持CDMA IX的無線監(jiān)控采集設備進行圖像的采集和收取，對于常規(guī)的監(jiān)控視頻頭 所采集的圖像，將傳輸至視頻采集/編碼服務器使用KMVC編碼算法進行編碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于Symbian平臺下的視頻監(jiān)控信息交互系統(tǒng)，其整個系統(tǒng)由若干個無線監(jiān)控點通過移動通訊線路連接而成，監(jiān)控部分模塊化、移動化，數(shù)據(jù)靠加密線路和協(xié)議傳輸，系統(tǒng)加強了組建系統(tǒng)的靈活性和擴充性，增加了系統(tǒng)的可靠性，具有較高的性價比。本發(fā)明系統(tǒng)由若干個無線監(jiān)控點通過移動通訊線路連接而成，將所有監(jiān)控點由視頻采集器采集的信息通過編碼服務器編碼成為可在Symbian平臺傳輸?shù)臒o線信號，再通過監(jiān)控信號轉發(fā)服務器發(fā)送到移動終端。
文檔編號H04N7/18GK101420598SQ20081015074
公開日2009年4月29日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權日2008年8月28日
發(fā)明者濤 李 申請人:西安聯(lián)合信息技術股份有限公司