视频压缩技术在银行视频监控中的应用

中国人民银行 本溪市中心支行 任选良 李石峰

视频监控是银行信息化发展的一个重要方面，在相关事件事后监督处理中具有不可替代的作用。在银行中某些特定场合，如在ATM机前，电梯门口前、柜台前等场合，视频监控都是全天候的，相应而产生的视频量也相当大，为方便传输和管理，需要先对这些视频信息进行压缩编码。

一、常用视频压缩技术简介

1.JPEG/Motion-JPEG。传统的JPEG方法主要基于离散余弦变换（DCT），而JPEG2000基于DCT和小波变换，其压缩比更高，压缩效果更好。使用JPEG/MJPEG方法一般不考虑视频帧之间的变换信息，只单独对一帧视频图像进行压缩。压缩比为5∶1 ～ 17∶1。这种技术可以获取清晰度很高的视频图像，而且可以灵活设置每路视频的清晰度、压缩帧数。但是该方法处理速度较慢，会有丢帧现象发生，而且压缩的比例较小，不利于进行长时间的视频录像存储。

2.小波变换方法。小波变换方法和JPEG方法类似，是针对每一帧视频图像进行单独的压缩编码，并不考虑视频的帧间信息。该方法的压缩比较大，通常为50∶1 ～ 70∶1，分辨率可达到720×576，静态画面的压缩效果较好。但是，小波变换方法和JPEG方法类似，所占用的宽带和硬盘空间相对较大，对网络带宽的要求也较高。

3.MPEG（即Moving Pictures Experts Group，运动图像专家组）系列。MPEG主要分为三个阶段：第一阶段为MPEG-1，用于数字存储体上活动图像及其伴音的编码，码率为1 ～ 1.5 Mbps，具有随机存取、正向/逆向搜索、逆向重播、视听同步、容错性高等特点。第二阶段为MPEG-2，在MPEG-1的基础上做了许多重要的扩展和修改，但算法基本和MPEG-1相同，传输率为3 ～ 10 Mps；压缩率较低，约40∶1。第三阶段为MPEG-4，不仅注重视频、音频的编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。

4.H.26X系列。H.26X系列同样包括三个阶段：第一阶段为H.261，该编码标准和MPEG相似，但又有不同，H.261是传送屏幕区域中的更新信息，大幅度降低了数据流的瞬时变化，在宽带有障碍的信道上传输时是一种理想的方案，但图像的压缩质量总体上略微逊于MPEG-1。第二阶段为H.263技术，H.263技术是1995年提出来的更低比特率的视频编码方案，它在H.261的基础上增加了4种编码选项，将码流速率降到128 kbps以下，在9.6 ～ 128 kbps的速率上传输CIF或QCIF格式、每秒1 ～ 15帧的活动图像，特别适合在电话线上传输质量要求不高的活动图像。

二、传统视频压缩技术的性能分析

在目前的视频压缩技术领域，MPEG-4和H.264是首选方案，这两种方案有较高的压缩比率，并且可以保留较好的视频质量，适合远距离的网络传输。但这两种视频压缩方法针对所有的视频帧图像进行压缩编码，并没有考虑视频帧中是否含有冗余信息。如，ATM机前的视频监控应主要关注含有人类活动的视频信息，对于没有人类活动的视频图像，原则上没有必要进行传输和存储，会占用大量的网络带宽和存储空间，浪费大量的相关资源，同时也可能对事后事件的排查造成一定的干扰。因此，在ATM机前、电梯门口等某些特定的场合，有必要事先对视频进行过滤，排除不含有人类活动的视频帧信息，以减轻网络宽带和存储设备的负担。

三、对视频帧信息进行选择性压缩处理

在银行的某些特定场合中，安装的摄像头一般是固定的，其检测区域固定不变，拍摄的背景场景也相对稳定。在该情况下，可以采用简单的背景差方法来区分视频帧图像中是否含有活动目标，以确定该帧图像是否需要进行存储和传输。

如图1所示，假设得到的不含有活动目标的固定背景图像为Ibg，其中由摄像头得到的Ibg如果为彩色图像，为了方便帧间差操作，则将其转化为灰度图像，这里同样记为Ibg。假设第i帧视频图像为Ii，同样为灰度图像，则根据背景差公式：Ir＝Ii－Ibg，可以得到第i帧视频图像和背景图像之间的差值。理想情况下，如果第i帧的图像中没有活动目标，Ii各个像素的灰度值和背景图像Ibg对应的各个灰度值相差不大，则结果图像Ir基本上是一个黑色图像，并没有含有凸显的区域块。反之，如果Ii中含有活动目标，则活动目标的区域对应的像素值和背景图像 所在区域的灰度值应该有所差别，这就导致结果图像Ir在活动目标的区域中亮度较为突出，通过判断结果图像Ir是否含有凸显区域块，进而可以判断对应的图像帧中Ii是否含有活动目标，同时就可以决定该图像是压缩编码还是直接舍去。

四、结论

通过简单的帧间差方法，可以有效地区分视频帧中是否含有活动目标的信息，进而确定是否对该帧图像进行编码存储，极大地节约视频帧的存储空间，方便网络传输，同时也为日后事件查询提供方便。