消除噪聲 - 低照性能的突破——照亮IP視頻攝像機(jī)應(yīng)用前景

消除噪聲
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消除或過濾低照視頻流的噪聲有兩種基本方法。第一種方法為空間濾波。這種方法沿著構(gòu)成顯示屏影像的二維、高、寬進(jìn)行。第二種方法為時(shí)間濾波，可為視頻流中還存在的時(shí)間增加第三維。

• ???????? 空間濾波

視頻流由按時(shí)間順序播放的獨(dú)立靜止影像或幀構(gòu)成。實(shí)時(shí)視頻流通常每秒顯示 30 幀。不過如果不要求實(shí)際動作的逼真性，也可實(shí)施其它顯示速率。空間濾波是一種算法分析，獨(dú)立對每幀進(jìn)行檢查，沿影像 X 軸和 Y 軸進(jìn)行每像素比較，發(fā)現(xiàn)噪聲并予以清除。

• ???????? 時(shí)間濾波

時(shí)間濾波算法可將時(shí)間維加入分析。這種方法不像空間濾波那樣，對整個(gè)幀進(jìn)行檢查，而是按時(shí)間維分析每個(gè)像素。即將每個(gè)像素與后一個(gè)幀對比，判斷是否有噪聲存在。如果某個(gè)像素的運(yùn)動方式非常類似于噪聲，就予以清除。時(shí)間濾波比空間濾波更復(fù)雜，因?yàn)橐曨l流往往包含運(yùn)動，比如物體移動或者某人走過攝像機(jī)視野。時(shí)間濾波不但必須能夠分辨出攝像機(jī)需要觀察的真實(shí)運(yùn)動，將其保留在視頻數(shù)據(jù)流中，同時(shí)還應(yīng)發(fā)現(xiàn)像素中任何類型可能為噪聲的異常運(yùn)動，將其清除。為達(dá)到該目的，已經(jīng)開發(fā)出兩種方法，即動作自適應(yīng)法和動作補(bǔ)償法。
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動作自適應(yīng)法可嘗試確定物體動作發(fā)生的視頻流區(qū)域。保留這些區(qū)域中的信號發(fā)送，其中包括這些區(qū)域中可能出現(xiàn)的任何噪聲。分析影像其它部分的移動像素，判別是否是噪聲，如果是就清除。
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動作補(bǔ)償分析法比動作自適應(yīng)法復(fù)雜得多。動作補(bǔ)充分析法將先建立基準(zhǔn)幀，以便對物體移動形成的運(yùn)動像素進(jìn)行時(shí)間濾波。如果運(yùn)動分析正確，動作補(bǔ)償法與動作自適應(yīng)法相比能夠去除移動物體上更多的噪聲。但動作分析在低照條件下形成的高噪聲水平上容易出錯(cuò)，因此可能會無法去除噪聲并產(chǎn)生煩人的偽像。
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德州儀器 (TI) 等能夠提供大量動作自適應(yīng)法及動作補(bǔ)償法的技術(shù)提供商，可充分滿足 IP 攝像機(jī)制造商與安全系統(tǒng)集成商的各類需求。
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低照性能優(yōu)勢
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能夠在低照環(huán)境下采集高質(zhì)量視頻的 IP 攝像機(jī)在多種應(yīng)用中均具有極高的效率，尤其是在安全監(jiān)控系統(tǒng)中，其通常在低照環(huán)境下工作，并采用可能進(jìn)一步降低視頻所含信息等級的壓縮功能。
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所有 IP 攝像機(jī)均使用某種形式的視頻壓縮，常使用 H.264 高端類 (HP) 編解碼器獲得一流的壓縮效率。視頻壓縮會導(dǎo)致信息丟失。要讓壓縮視頻保持可接受的質(zhì)量，比如能夠識通過燈光昏暗街巷的轎車車牌或其駕車員面部，應(yīng)讓壓縮視頻位速率盡量保持為高。但是，存儲量及所需備份時(shí)間制約著低成本視頻壓縮的位速率。
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高噪聲視頻要達(dá)到要求的視頻質(zhì)量，需要壓縮更多的數(shù)據(jù)，因而需要更大的存儲，進(jìn)而可增加設(shè)備成本。如果不能增大存儲，就應(yīng)減少備份時(shí)間，讓壓縮視頻保持可接受的質(zhì)量。同樣，如果必須跨網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻，且?guī)捰邢?，更少的高噪聲視頻可以在可用帶寬的限制范圍內(nèi)以更高質(zhì)量傳輸。這對在民宅中使用尤為重要，因?yàn)檫@里有多個(gè) Wi-Fi 熱點(diǎn)爭奪少量的可用頻譜。
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H.264 等壓縮技術(shù)依賴多視頻幀之間的一致性來壓縮所包含的信息。噪聲會造成多種幀的高度不一致性，需要更多的數(shù)據(jù)才能壓縮壓縮視頻信息。良好的低照技術(shù)可消除不一致噪聲，使用更低位速率實(shí)現(xiàn)可接受的視頻質(zhì)量。IP 攝像機(jī)的安全系統(tǒng)操作人員可記錄更高質(zhì)量的視頻，延長備份時(shí)間，降低存儲成本或使用不變的存儲容量。
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另外，監(jiān)控低照戶外門的 IP 攝像機(jī)安全系統(tǒng)的操作人員還可能考慮安裝更多的外部照明設(shè)備來改善該區(qū)域的照明，進(jìn)而提高視頻流質(zhì)量。由于具備低照性能的攝像機(jī)可補(bǔ)償照明條件，因而無需其它照明。這樣可以不必安裝新的電線電燈，只需采用具備優(yōu)異低照性能的 IP 攝像機(jī)替代原來的安全攝像機(jī)即可。此外，還可完全避免因安裝更多外部照明而產(chǎn)生的增量電力成本。
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當(dāng)前許多高級監(jiān)控系統(tǒng)還整合了自動安全分析流程，其可進(jìn)一步處理視頻流，為負(fù)責(zé)監(jiān)控的系統(tǒng)操作人員帶來輔助功能。這些分析功能在處理更清晰、更高清晰度的視頻流時(shí)效率更高。更好的安全分析可減少操作安全監(jiān)控系統(tǒng)的人力資源。 ?
TI 低照性能解決方案
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TI 在為視頻安全處理應(yīng)用提供業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)方面擁有業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的驕人業(yè)績，如基于 IP 的視頻安全監(jiān)控?cái)z像機(jī)等。達(dá)芬奇 (DaVinci?) 視頻處理器平臺是行業(yè)最高性能的視頻引擎，有助于視頻及圖形加速器同步處理三個(gè) 1080p 60fps 視頻流，實(shí)現(xiàn)全新應(yīng)用與直觀的用戶界面。達(dá)芬奇用戶可在采用相同內(nèi)核 IP 的單個(gè)平臺上獲得可擴(kuò)展產(chǎn)品線，為特定應(yīng)用提供高性能低功耗的獨(dú)特組合以及多種衍生方案。TI 參考設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)只需六個(gè)月的快速產(chǎn)品開發(fā)。
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除大量支持性器件外，TI 業(yè)界最佳視頻處理器還一直是眾多 IP 攝像機(jī)的核心。近期推出的達(dá)芬奇 DM385 視頻處理器百尺竿頭更進(jìn)一步，集成更強(qiáng)大的低照性能，包括三維噪聲濾波、寬泛動態(tài)處理以及具有業(yè)界最佳壓縮效率的 SVC-T H.264 高端壓縮技術(shù)。DM385 支持 H.264 或 SVC-T 高端編解碼器，可壓縮高達(dá) 4 百萬像素的實(shí)時(shí)視頻流與二次 D1 實(shí)時(shí)視頻流。4Kx2K 或更高分辨率視頻、同步多級（基本／主流／高級）壓縮、面部檢測、視頻穩(wěn)定、多重曝光以及雙通道傳感器支持等各種特性，可幫助攝像機(jī)制造商在市場上為其產(chǎn)品便捷地實(shí)現(xiàn)差異化。此外，DM385 IP 攝像機(jī)參考設(shè)計(jì)還可幫助制造商在發(fā)揮任何最普通傳感器優(yōu)勢的同時(shí)，快速向市場推出最新低照攝像機(jī)。
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（DaVinci DM385 視頻處理器方框圖）