安防监控一直走在追逐更高清的路上，从以前的CIF，到D1，再到720p、1080p，甚至4K，一直延续着更高清的发展路程。一路走来，先进编码技术的出现也无不是对更高清产品的一种保障，而对于每一位安防工程师来说，“降低视频码率”是一个一直存在的课题。
超高清时代 编码技术引领安防发展
随着编码技术的深度挖掘，人们开始考虑，除了视频压缩标准的进一步提升，是否可以根据安防监控场景的特点，进行有针对性的编码，从而更加高效的在保证视频质量的同时降低码率?
监控场景相对于其他的视频，大致来说存在以下特征：
1) 多数情况下，相机固定安装，背景信息相对稳定，变化较少;
2) 相当一部分监控场景，运动目标出现的次数也不多;
3) 从观看角度来讲，更多关注的是运动目标;
4) 常常需要24小时日夜监控，噪声等问题影响相对较大。
针对以上特点，安防行业的编码专家们提出了多种智能编码实现方案，而就当下来看，感兴趣区域编码和Smart编码就是典型代表。
感兴趣区域编码
在实际应用中，图像的接收者往往只对图像的某一部分感兴趣。这部分区域被称为“感兴趣区域(ROI，Regions of Interest)”，把感兴趣以外的区域称为“背景区域(BG，Background)”。从主观上来讲，感兴趣区域恢复质量的好坏直接影响对恢复图像的整体评价。因此可以对图像中ROI采用低压缩比的压缩，甚至无损压缩，以获得比较高的图像质量;而对于BG图像，则仍采用高压缩比、质量相对较差的有损压缩，以节省空间。这样既可以满足人们对图像的要求，又能降低传输时间，节省存储空间，实现了真正的交互式压缩。这就是感兴趣区域编码。
感兴趣区域编码技术，可对感兴趣区域(如安防监控关注的车牌、人脸等)进行无损压缩或近无损压缩，保证图像质量，而对背景区域进行有损压缩。而在带宽有限的条件下，感兴趣区域编码可增强用户设置或智能侦测获取的感兴趣区域图像质量，准确地保留视频监控目标的关键信息，这样在不提高码流的情况下，获得视频监控的关键信息。
感兴趣区域编码可将码流资源按需分配，将有限的资源集中在一块或多块感兴趣区域，这种处理思想不仅能够满足人们在低比特率条件下对重要的图像信息实现高质量，甚至无损恢复的要求，还可以通过与图像压缩算法相结合来很好的解决通讯过程中的带宽瓶颈、存储空间等问题。这些突出的优点使得感兴趣区域编码处理方法成为了近年来图像处理领域的研究热点。
但是从感兴趣区域编码的原理来看，该技术存在一定的局限性，技术更多的定位于一些固定的单一场景监控应用，而对于大场景多运动目标等复杂监控场景而言，处理起来就没有那么理想了。
Smart编码
前面我们有提到监控场景特点，可以发现大部分的使用场景有着固定的特征，比如通常情况下，背景是不变的;大部分时间画面只有少量的运动目标，甚至没有;相对背景来说，用户更加关注运动物体等。Smart编码技术正是针对这个特点将视频压缩技术与智能分析技术相结合，通过建立背景模型和提取前景目标，对前景和背景采用不同的编码方式，从而在保证主观质量的前提下，提高编码压缩性能，降低码率。
来看一下Smart编码实现的原理。
视频的应用通常包括采集、编码、传输、解码、显示等环节;对于现有的视频压缩标准，包括H.264、H.265在内，都只对解码进行规范化，也就是说只对码流中每个比特的含义、以及每个比特如何解析使用进行规定和说明，而从图像如何得到码流比特的编码过程没有规定，由各厂家自行设计和实现，即所谓的编码方法。如果用语言来类比，语言中的词语就是码流的比特，语法规则就是码流解析使用规则;在语言中，只规定每个词语的含义以及词语使用的语法规则，至于如何利用词语和语法规则描述一件事情，是每个作者自身的创造。
压缩标准没有规定编码，而由各厂家自行设计，只要产生的码率符合解码的规则即可。换句话说，压缩标准提供了一系列压缩的工具，至于工具怎么用由厂家自行考虑。同样的工具用的好，压缩率就高;用的不好，压缩率就低。举个例子，H.264压缩标准在刚刚颁布时，由于涉及能力、处理器性能局限，并没有把H.264的工具用的很好，编码性能与前一代压缩标准的差距不大。随着各厂家持续不断的改进编码方法，H.264的性能逐渐挖掘出来，1080p图像的码率也逐渐从6Mbps降低到4Mbps甚至2Mbps。这也是Smart编码技术能够基于视频压缩标准(比如H.264或者H.265等)提出进一步提高压缩率编码方案的原因。
为了提高视频压缩率，Smart编码采用了智能分析中的背景建模技术来指导编码。背景建模技术将画面中运动的物体和静止的背景分离开，从而可以针对背景区域和运动区域采用不同的编码方法。具体来说，Smart编码在提高压缩率方面采用的方法有：多帧参考、动态I帧间隔、背景噪声抑制。前两种方法充分利用了监控场景背景不变、运动区域少的特征;后一种方法则利用用户关注运动区域的偏好。
由此看来，Smart编码技术是基于视频压缩标准(采用H.264或者H.265等标准)，对常规视频压缩技术的进一步挖掘提升。
以当前炙手可热的H.265为例，结合H.265编码和Smart编码两种技术，经过大量测试表明，与普通的H.265编码保持基本同等的主观质量，针对相机固定运动目标较少的监控场景，“结合Smart编码的H.265”平均码率下降比例是70%左右;针对相机固定运动目标部分时间较多的监控场景，“结合Smart编码的H.265”平均码率下降比例是50%左右;针对不断大幅运动的监控场景，“结合Smart编码的H.265”平均码率下降比例还可达30%左右。
与此同时，“结合Smart编码的H.265”为了保证运动目标的编码质量，瞬时峰值码率会高于长周期的平均码率，且运动目标所占图像面积越大，瞬时峰值码率会越高，但基本上不会高于同等主观质量下H.265编码的瞬时峰值码率。
在兼容性方面，“结合Smart编码的H.265”仍然符合H.265标准，底层码流可以被大部分支持H.265解码的软硬件所兼容。部分解码设备及软件可能需要在播放控制策略上稍作调整，以改善录像文件拖动时的体验。
由此可见，Smart编码技术是针对监控视频的特点，在常规视频编码技术的基础上优化的一种编码技术，可以较大幅度的降低视频监控场景的码率，节省系统成本。
再回首2015年的深圳安博会，客户关注点除了图像效果，更多的是如何降低码率，目前主要有两种做法：第一种是采用感兴趣区域编码技术降低码率，第二种则是采用Smart编码技术降低码率。从参观者的反馈来看，第二种Smart编码技术似乎更受欢迎，因为采用Smart编码技术的码率得到显著降低。
目前市场上出现的“Smart265”是基于视频编解码应用的技术，专门针对监控场景的特点进行研发，可在H.265编码的基础上进一步提升压缩率，有效节约网络和存储资源。在白天的繁忙场景下，Smart265的码率相比H.265可降低30%以上;当夜晚画面基本静止时，Smart265的码率相比H.265可降低70%以上(最低可达50-60kbps);不仅节约了带宽资源，更有效节省了存储空间。
经过多年的发展，编码技术的进步，不断引领着安防行业的发展，成为安防企业在新的经济常态下以技术取胜的关键之一。随着一系列国产编码技术的出现，尤其Smart编码技术的不断深化与融合，成为了更高清视频编码的新选择，实现了中国原创的编解码技术的质的飞跃。
本文转自d1net（转载）