近年來，高清監控系統的建設應用已經成為一種趨勢，視頻監控已經由“看得見”的標清視頻安保系統，轉而向“看得清”的高清視頻監控系統發展。2011年作為監控領域高清產品的爆發年，越來越多的廠商加入到這個領域，推出了一系列的高清視頻監控產品，前端鏡頭廠商、芯片廠商基于高清視頻的方案也是層出不窮。市場方面，在交通、卡口等領域，高清方案已經逐漸普及，傳統監控領域高清所占*也在逐步增大，據電子行業研究機構IMSRESEARCH發布的報告表明，未來五年內，高清監控產品所占*將會超越傳統的標清監控產品。
　　
　　高清監控帶來的問題
　　
　　高清網絡攝像機使圖像清晰度有了質的飛躍，但是也給高清監控系統帶來了一系列現實的問題。高清監控要解決的三大核心問題是：帶寬問題、顯示問題、存儲問題。
　　
　　帶寬問題：由于目前網絡帶寬有限，高清視頻帶來的高碼率成為其zui大的推廣瓶頸。如何用盡可能低的碼率傳輸盡可能高質量的視頻是高清監控需要解決的首要問題。同時由于網絡的異構性，不同的網絡具有不同的信道特性，不同的用戶享受到的網絡帶寬也不相同，甚至同一用戶的帶寬也可能是隨時變化的。隨著監控領域的發展，各種用戶終端都有連接監控視頻的需要，如局域網監控網絡帶寬較為理想，用戶希望瀏覽高質量的視頻；而手機監控領域由于帶寬有限，用戶更看重的是低碼率下的視頻流暢性。如何適應這些不同的帶寬環境也是高清監控設備需要解決的問題。
　　
　　顯示問題：相對于標清視頻，高清視頻的信息量大為豐富，相應的對解碼顯示性能要求也大大提高，如目前主流的PC機可以輕松實現8路D1標清視頻的解碼顯示，但若前端是1080P高清視頻，只能勉強解碼顯示1路。對于大型視頻監控平臺，若全部使用高清視頻，服務器解碼壓力會很大。
　　
　　存儲問題：圖像分辨率的提升，必然會消耗更大的存儲空間。以1920×1080@30幀視頻為例，利用H264的編碼算法，為保證清晰度，碼流需保持在6Mbps以上，約為標清視頻的4-8倍。在標清視頻條件下，一臺16路DVR內置8快2T硬盤即可滿足長時間視頻存儲需求，而在高清監控中，這一時間將被大大縮短，即會帶來存儲成本的增加。
　　
　　視頻編碼技術在高清監控系統中的應用
　　
　　視頻編碼技術的發展為解決上述高清監控問題帶來了新的方法。通過對編碼方式的改進，可以極大地提升高清視頻的應用性，使之能適應更多的監控場景。
　　
　　業界某企業一直致力于高清視頻監控設備的研發與推廣，在視頻壓縮核心算法方面取得了多項技術突破，目前已在產品中應用的有感興趣區域壓縮編碼技術、可伸縮編碼技術和“智能前端”動態編碼自適應技術。
　　
　　感興趣區域壓縮編碼技術（ROI）：視頻壓縮比和視頻質量是一對矛盾體，壓縮比越高，視頻損失越多，相應的視頻質量也就越差。但人們在觀看監控視頻時，通常只對某一個特定區域感興趣（通常為視頻中央區域），這一區域內的圖像要盡可能清晰，其他部分圖像可以相對模糊一些。基于上述要求，圖像感興趣區域壓縮編碼技術應運而生，即在圖像中對感興趣區域進行無損壓縮或近無損壓縮，而對背景區域進行有損壓縮。這樣既可使得重構圖像有較高的視頻質量，又可得到較高的壓縮比，很好地解決了壓縮比和圖像質量之間的矛盾。
　　　　
　   圖片1為原始圖像；圖片2由未經過ROI處理的普通視頻編碼算法壓縮生成，明顯看到，由于視頻壓縮帶來的損失，整個畫面已經變得模糊；對監控更感興趣的面部圖像進行了ROI處理，編碼得到圖片3。可以看到背景區域的清晰度和圖片2相似，但由于對面部進行了ROI處理，保存了更多的細節，視覺上相比圖片2更為清晰。在高清設備中，使用高壓縮比的方式進行壓縮，而對監控感興趣的中央區域采用ROI技術進行處理，就可以得到較低碼率、高視覺清晰度的視頻。
　　
　　可伸縮視頻編碼技術：是通過將單一碼流分為若干層實現的。如果視頻編碼器經過一次性壓縮后產生的碼流能被解碼端以不同的碼率、幀率、空間分辨率和視頻質量解碼，則稱該編解碼系統具有“可伸縮性”。從這個定義可以看出，可伸縮編碼只需對視頻節目源編碼一次，即可通過傳輸、提取和解碼相應部分的壓縮碼流，重構出各種分辨率、碼率或者質量級別的視頻。這種編碼方式與目前使用的聯播編碼方式相比，滿足各種不同需要的能力更強，編碼效率也大大提高。
　　
　　編碼器提供的單一碼流具有可伸縮特性，能夠自動適應用戶網絡的網絡狀態和終端設備。網絡帶寬較好的環境下可傳輸高分辨率、高質量的視頻，而如手機監控這樣的低帶寬環境下，只傳輸低分辨率低碼流的視頻。
　　
　　可伸縮視頻編碼的基本思想描述如下：編碼器將視頻序列編碼成一個基本層和多個增強層，如圖5所示。基本層具有zui低視頻質量，增強層可以改善基本層質量。高清監控設備可以根據帶寬及終端需求選擇發送數據量。
　　
　　例如空間可伸縮編碼應用中，手機視頻的分辨率較小，這時就沒有必要傳輸較多的增強層（對應于較高空間分辨率），而只需傳輸適合手機分辨率的基本層即可。接收端根據接收到的數據，解碼出相應質量的視頻。
　　
　　接收到的增強層越多，解碼的視頻質量越好。通常假設基本層數據低于zui小傳輸帶寬，所以解碼端總是可以解碼出zui低質量的視頻。通過使用采用了可伸縮視頻編碼技術的高清視頻編碼器，可以自適應各種網絡帶寬條件下的視頻監控需求，帶寬問題不再是困擾；同時解碼端也可以根據自身解碼能力選擇只解基本層視頻還是解碼更多的增強型視頻，很好地緩解了顯示高清視頻時解碼顯示能力不足的問題。
　　
　　“智能前端”動態編碼自適應技術：通過“感興趣區域編碼技術”和“可伸縮視頻編碼技術”的應用，高清監控視頻中網絡帶寬和解碼顯示能力的壓力大為減輕，但占用存儲空間大的問題并沒有得到本質解決。智能視頻分析技術的發展帶來了解決這一問題的新途徑。
　　
　　監控行業中大部分視頻是冗余的，用戶更關注的是發生異常事件時的特定視頻，“智能前端”高清網絡攝像機，和智能分析算法相結合，可實現越界、拌線、區域停留等十余種行為分析。正常狀態下“無關緊要”的視頻流采用標清格式錄像，而一旦有異常狀態發生，自動切換至高清錄像，既保證了監控視頻的細節，又不會對存儲造成過大的壓力，同時，還提高了有效視頻的檢索效率。經過驗證，可以節省30%-50%的存儲空間。
　　
　　結語
　　
　　視頻編碼技術的進步給高清監控帶來了新的發展，有效地緩解了高清視頻監控在網絡帶寬、解碼顯示能力、存儲資源上遇到的瓶頸，成為了監控行業全面高清化zui有力的助推力量。一些安防廠商以技術型企業為定位，堅持高清化、智能化的發展方向，發揮其在視頻編碼方面的核心技術優勢，不斷開拓創新，服務社會，服務用戶，力助安防行業高清化的全面發展。