H．264在动中通应急图像传输中的应用

作 者：北京市公安局信息通信处 许路 陈光

动中通系统对编解码技术的需求

动中通系统的卫星通道的特点决定了编解码器要具备如下能力。

第一，受动中通卫星天线增益、经纬度、地球同步轨道通信卫星自身参数以及天气状况（如下雨、多云）的限制，在许多地区上行带宽超不过1.5Mbit/s。结合我公安实战要求，需要编解码器在低于1.5Mbit/s的带宽下能够传输清晰的D1质量的图像。

第二，由于受到树木、山体及建筑物等物体的遮挡，卫星通道经常出现中断，这就要求图像编解码器在卫星链路恢复后，能够即时恢复图像传输。

第三，卫星链路相对于有线链路其误码率要高很多，这就给动中通系统的编解码系统提出了更高的要求，要采取相应机制，以适应较高的误码率。

第四，动中通系统经常需要在高速运行的环境下进行图像传输，此时图像的变化将非常剧烈，这就对编解码器的运算处理能力提出了更高的要求，这种要求远大于对室内电视会议系统图像处理能力的要求。

第五，动中通系统一般运行在车载环境中，环境温度较高，电磁干扰较强，对编解码器的适应性和抗干扰性能都提出了很高的要求。

H.264技术是动中通图像 编解码器理想的选择

1.H.264技术的产生与发展

图1 视频编码标准沿革示意图

H.264是一种高性能的视频编解码技术。它是由两大标准化组织联合组建的联合视频组（JVT）共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4高级视频编码（AdvancedVideoCoding，AVC），而且它将成为MPEG-4标准的第10部分。

2.H.264技术可以很好地适应动中通卫星通道的特点，与动中通系统有效地结合。

(1）具有较高的压缩效率

H.264编码视频流与H.263或MPEG-4Simple Profile编码视频流相比，平均可节省39％的比特率。通过引入一系列新特性，H.264的压缩率提升近1倍,大大节省了卫星的传输带宽。目前，国内的H.264编解码器厂商可以在1.2Mbit/s的编码码率下实现D1（720×576）分辨率的连续清晰图像。

表1 H.264与MPEG-2压缩码率比较

(2）基于UDP，实现图像即时恢复

由于受到遮挡，动中通系统经常发生卫星链路中断的现象，在卫星信号恢复后，编解码系统要能够以最快的速度恢复图像传输。H.264可以把关键信息分离出来，减小断流再恢复的同步时间，同时，H.264编解码器可以建立在UDP基础之上，能够快速重建链路，目前国内的编解码器厂商已经实现图像即时恢复。

(3）具有较强的抗丢包和抗误码性能

在卫星数据通信过程中，由于噪声和其它原因，误码是必然存在的。H.264标准的参数集和片的使用、FMO、冗余片等关键技术可以大大提高系统的抗丢包和抗误码性能。H.264定义了视频编码层（VLC）和网络提取层（NAL），并在框架结构上进行了分离，可以在异构网络环境中使用。H.264把关键信息分离出来，凭借参数集的设计，确保在易出错的环境中正确地传输它们，也增强了码流传输的错误恢复能力。H.264技术中定义了灵活片组（FMO）、数据分割等错误恢复工具，方便解码端实行错误掩盖。

此外，在运行过程中，出现卫星链路中断或误码率过高时，实现了画面停留在最后清晰的一帧上，同时，在实现了在信号恢复之后，画面从接收到的清晰的一帧开始。H.264技术内置的多种错误恢复工具有利于解码端进行错误掩盖，误码超过一定阈值后跳过该帧，断流后则保持在最后一正常帧的静止画面，码流恢复后从第一个正常解码的IDR帧开始显示。

(4）具有较强地抗干扰能力

动中通系统中的摄像头有时会引入较大干扰，特别在低照度的环境中干扰对图像质量有非常大的影响。根据分析主要有两种噪声会影响视频质量，一种是相邻色素之间产生的伪颜色噪声，一种是由于信号强度而产生的泊松噪声（会影响物体的边缘清晰度）。一般滤波器的工作原理是先做低通滤波，然后再做高通滤波。从频谱上分析，物体的边缘成分在做低通的时候已经损失掉了一部分，尽管在高通后通过一定的处理可以还原大部分，但实际上它已经不能够达到最理想的效果。这些噪点随着产品型号和工作环境的不同而不同。由于视频压缩算法效率与时间上的相关性有关，这种随机噪点对视频压缩的影响非常大，有时候甚至造成码流成倍上升，将压缩算法的优点全部掩盖。H.264技术一方面使用了高级图像预处理方法，能够减小低照度环境下噪点影响；另一方面，通过实时滤波技术的应用，使得在压缩之前就排除了信号中的干扰，压缩还原的图像有很大提高，同时也降低了传输码率。

(5）网络适应性强

H.264包含一个内置的互联网协议适配