一种监控图像分辨率的编码方法及其装置

1.一种监控图像分辨率的编码方法，其特征是包括以下步骤：
PAL制式：
1)将数字视频信号中的奇、偶两场，每场720象素点×288象素点，进行 反隔行变换，组成一帧720象素点×576象素点的图像；
2)对步骤1)获得的图像做边界处理，去掉每一行最左和最右各8个象素 点，变成一帧704象素点×576象素点的图像；
3)对步骤2)获得的图像进行缩放处理，水平3/4缩小，垂直2/3缩小， 转换成一帧528象素点×384象素点的图像；
4)对步骤3)获得的图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧528象 素点x 384象素点的H.264图像帧。
NTSC制式：
1)将数字视频信号中的奇、偶两场，每场720象素点×240象素点，进行 反隔行变换，组成一帧720象素点×480象素点的图像；
2)对步骤1)获得的图像做边界处理，去掉每一行最左和最右各8个象素 点，变成一帧704象素点×480象素点的图像；
3)对步骤2)获得的图像进行缩放处理，水平3/4缩小，垂直2/3缩小， 转换成一帧528象素点×320象素点的图像；
4)对步骤3)获得的图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧528象 素点×320象素点的视频帧。
2.执行权利要求1所述的监控图像分辨率编码方法的装置，其特征是包括：
摄像头(1)，用于采集模拟视频；
视频转换单元(2)，用于将摄像头(1)输出的模拟视频信号转换成数字视 频信号，输给视频编码及信息处理单元(4)，视频转换单元(2)的输入端与摄像 头(1)相连，视频转换单元(2)的输出端与视频编码及信息处理单元(4)相连；
存储器(3)，与视频编码及信息处理单元(4)相连，存储视频编码及信息 处理单元(4)的暂存数据；
视频编码及信息处理单元(4)，将取自存储器(3)的奇偶两场视频图像数据 处理压缩成一帧DCIF分辨率格式的视频帧。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是视频编码及信息处理单元(4)为 PNX1500系列媒体处理器芯片。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是视频转换单元(2)为SAA7113H芯 片或者SAA7144HL芯片。

技术领域
本发明涉及一种监控图像分辨率的编码方法及其装置，属于数据图像压缩 处理领域。
背景技术
众所周知，衡量一幅数字监控图像质量好坏，除主观感觉外，还包括以下 几项重要技术指标：输出图像的分辨率，输出图像的信噪比，输出图像的数据 流大小。
目前视频监控行业中主要使用以下几种分辨率：
QCIF(quarter common intermediate format，四分之一公共中间格式)(PAL， Phase Alternating Line，逐行倒相，176象素点×144象素点；National Television System Committee，国家电视系统委员会，176象素点*120象素点)；
CIF(common intermediate format，公共中间格式)(PAL：352象素点×288 象素点；NTSC：352象素点×240象素点)；
HALF D1(half first digital video format，二分之一第一数字视频格式) (PAL：720象素点×288象素点；NTSC：720象素点×240象素点)；
D1(first digital video format，第一数字视频格式)(PAL：720象素点 ×576象素点；NTSC：720象素点×480象素点)，这几种分辨率都存在不足之处。
1)QCIF分辨率虽然编码后的数据流小，但图像的象素点少，图像的分辨率 不高，许多细节往往看不清楚，只少量应用在传输带宽严格受限的网络监控场 合。
2)CIF分辨率是目前主流应用分辨率，数据流适中(384Kbps到1024Kbps)， 如果信噪比在32dB以上，一般监控用户是可以接受的，但视频图像质量仍然不 够理想，图像的分辨率仍然不够高。
3)HALF D1分辨率相对于CIF分辨率只是水平方向的象素增加，垂直方向 没有变化，图像质量提高不是特别明显，但码流却增加很大，只在部分产品中 使用。
4)D1分辨率图像清晰度好，满足高质量的要求，但是是以高码流、价格昂 贵为代价的。采用目前的编码算法，它的码流降低到1024Kbps以内时，视频图 像质量还不如CIF分辨率，而编码成本大幅度上升。只应用在部分高端场合。
数码监控应用，通常需要长时间、多路数录像，由于受到存储空间和传输带 宽等的限制，视频码流最好不要高于CIF分辨率编码输出码流，即384Kbps到 1024Kbps，高于这个码流，难以承受。因此，如何在保持384Kbps到1024Kbps 输出码流的情况下，提高录像的回放图像画质，是目前数码监控行业，尤其是 重要监控场所需要迫切解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种在384Kbps到1024Kbps输出码流的情况下，提高 监控录像图像质量的图像分辨率的编码方法及其装置。
本发明的监控图像分辨率的编码方法，包括以下步骤：
PAL制式：
1)将数字视频信号中的奇、偶两场，每场720象素点×288象素点，进行 反隔行变换，组成一帧720象素点×576象素点的图像；
2)对步骤1)获得的图像做边界处理，去掉每一行最左和最右各8个象素 点，变成一帧704象素点×576象素点的图像；
3)对步骤2)获得的图像进行缩放处理，水平3/4缩小，垂直2/3缩小， 转换成一帧528象素点×384象素点的图像；
4)对步骤3)获得的图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧528象 素点×384象素点的H.264图像帧。
NTSC制式：
1)将数字视频信号中的奇、偶两场，每场720象素点×240象素点，进行 反隔行变换，组成一帧720象素点×480象素点的图像；
2)对步骤1)获得的图像做边界处理，去掉每一行最左和最右各8个象素 点，变成一帧704象素点×480象素点的图像；
3)对步骤2)获得的图像进行缩放处理，水平3/4缩小，垂直2/3缩小， 转换成一帧528象素点×320象素点的图像；
4)对步骤3)获得的图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧528象 素点×320象素点的视频帧。
以PAL制式为例，由于本发明的图像分辨率528×384的总像素数正好是 CIF(352×288)总像素数的两倍，为了与常说的2CIF(704象素点×288象素点， 也叫Half D1)分辨率区分，以下我们将本发明编码的图像分辨率称之为 DCIF(DOUBLE CIF，双CIF)。
实现上述监控图像分辨率编码方法的装置包括：
摄像头，用于采集模拟视频；
视频转换单元，用于将摄像头输出的模拟视频信号转换成数字视频信号， 输给视频编码及信息处理单元，视频转换单元的输入端与摄像头相连，视频转 换单元的输出端与视频编码及信息处理单元相连；
存储器，与视频编码及信息处理单元相连，存储视频编码及信息处理单元 的暂存数据；
视频编码及信息处理单元，将取自存储器的奇偶两场视频图像数据处理压 缩成一帧DCIF分辨率格式的视频帧。
本发明优点
(1)主观感觉图像质量好。在普遍以CIF为压缩分辨率的安防行业，本 发明DCIF编码基本上是以CIF分辨率的带宽换取了比CIF分辨率更好，基本相 当于4CIF分辨率的图像质量，而没有给存储和网络传输带来额外的压力。
(2)本发明DCIF(528×384)编码的分辨率相比较Half D1分辨率，在水 平和垂直两个方向上更加均衡。
(3)本发明DCIF编码的分辨率能很好的兼顾数字化监控行业用户对较高 图像质量和较低码流的要求：即要求回放图像清晰度高，满足对细节的要求； 要求数据量小，保证系统能够长时间录像和稳定实时的网络传输。
附图说明
图1是本发明的监控图像分辨率的编码装置；
图2是本发明监控图像分辨率的编码方法实现步骤流程图；
图3是加权峰值信噪比与输出码流关系实验结果示意图；
表1是与图3相对应的加权峰值信噪比与输出码流关系实验结果。
具体实施方式
参照图1，本发明的编码装置包括将摄像头1输入的模拟视频信号转换成数 字视频信号的视频转换单元2、存储器3和视频编码及信息处理单元4，视频转 换单元2的输入端与摄像头1相连，视频转换单元2的输出端及存储器3分别 连接到视频编码及信息处理单元4。其中视频编码及信息处理单元4可以采用荷 兰菲利普公司PNX1500系列媒体处理器芯片。视频转换单元2可以采用 SAA7113H芯片或者SAA7144HL芯片。
该装置的视频编码及信息处理单元4通过PCI总线与接有硬盘5和网络接 口7的主机/主CPU单元6相连接。工作时，由视频转换单元2将来自摄像头1 的模拟图像数据转换成适合视频编码及信息处理单元4处理的数字信号，并存 储到存储器3中；视频编码及信息处理单元4从存储器3取奇偶两场视频(PAL 制式下：720象素点×288象素点或NTSC制式下：720象素点×240象素点)图 像数据并处理该数据系列，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧DCIF分辨 率格式(PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320 象素点)的视频帧，暂时存储到存储器中；存储在存储器中的视频帧序列，在 视频编码及信息处理单元4控制下通过PCI总线送给主机/主CPU单元6，由主 机或者主CPU单元6存储到硬盘5上或通过网络接口7传输到远端。
本发明监控图像分辨率的编码方法，由装置中的视频编码及信息处理单元4 通过程序实现，程序流程如图2所示：
1)从存储器中读取奇、偶两场(PAL制式下：720象素点×288象素点或 NTSC制式下：720象素点×240象素点)图像数据，判断是否是DCIF编码，如 果是，转入第2步；如果不是，执行其它分辨率编码过程。
2)对步骤1)取得的奇、偶两场图像数据，经反隔行(deinterlace)变换， 组成一帧D1(PAL制式下：720象素点×576象素点；NTSC制式下：720象素点 ×480象素点)图像；
3)对步骤2)产生的D1图像做边界处理，即针对每一行，去掉最左和最右 各8个象素点，变成一帧4CIF(PAL制式下：704象素点×576象素点；NTSC 制式下：704象素点×480象素点)图像；
4)对步骤3)产生的4CIF图像经缩放处理，即水平3/4缩小，垂直2/3缩 小，转换成一帧(PAL制式下：528象素点×384象素点；NTSC制式下：528象 素点×320象素点)图像。
5)对步骤4)产生的一帧(PAL制式下：528象素点×384象素点；NTSC制 式下：528象素点×320象素点)图像，使用H.264压缩算法，将其压缩成一帧 PAL制式下：528象素点×384象素点或NTSC制式下：528象素点×320象素点 的图像。
重复1-5步骤，可以实现连续的DCIF分辨率视频码流的输出。
图3是WPSNR(weighted peak signal-to-noise ratio，加权峰值信噪比) 与输出码流关系实验结果示意图，表1是与图3相对应的WPSNR与输出码流关 系实验结果。由图可见，在384kbps输出码流情况下，本发明DCIF编码的WPSNR 比CIF编码的WPSNR高1dB，比4CIF编码的WPSNR高2.5dB；在512kbps输出 码流情况下，DCIF编码的WPSNR比CIF编码的WPSNR高2.2dB，比4CIF编码的 WPSNR高0.5dB；在768kbps输出码流情况下，DCIF编码的WPSNR比CIF编码的 WPSNR高近3dB，与4CIF编码的WPSNR基本相同；在1024kbps输出码流情况下， DCIF编码的WPSNR比CIF编码的WPSNR高3.28dB，比4CIF编码的WPSNR低0.5dB。
表1

注：由于4CIF不能压缩到192K、256k，因此没有计算它们的加权峰值信噪比