高清视频技术在全程同步录音录像工作中的应用
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复制链接一、 高清视频标准简介及应用状况
高清视频概念最初诞生于电视行业,最初有日、欧、美分别提供的三套技术方案,其中日、欧的技术方案基于模拟技术,而美国通用公司的方案基于数字技术,最终美国的数字高清技术获得了市场认可。现在,通常所说的高清视频一般独指数字高清视频,本文也采用这种说法。
我国国家广播电影电视总局的行业标准《GY/T155-2000》中规定:高清晰度数字电视每秒25帧隔行扫描或24帧逐行扫描,每帧1125行,每帧有效扫描行数1080,每行有效样点数1920,即1920×1080(1080i)。由此,可以认定高清视频应当是指分别率在1080P(1080i)或以上的视频。分辨率为720P的视频不应当被认定为高清视频,由于历史原因,可以将该类视频认定为准高清视频。
当前,高清视频技术应用已经极为广泛,高清摄像机等高清设备已经成为市场宠儿,价格已经可以为市场接受;与同步录音录像系统功能较为相似的高清视频监控系统也已经应用于大型商业场所和交通枢纽领域,客观上验证了高清同步录音录像系统的技术可行性。无论是在建设成本还是在技术可行性方面,都有利于将高清视频技术引入到同步录音录像系统领域。
二、 检察机关同步录音录像设备的特点
2013年,最高人民检察院出台了《人民检察院讯问职务犯罪嫌疑人实行全程同步录音录像系统建设规范》(以下简称《系统建设规范》),该规范为全国检察机关必须遵守的同步录音录像系统规范,该规范制定了一个明确,且较为具体的标准,本文将通过分析该文件,得出检察机关同步录音录像设备的特点。
(一)设备的数字化、高清化发展方向
在《系统建设规范》中确实存在一些模拟设备等方面的规定,如在系统建设规范中规定:“全程同步录音录像系统……可采用……模拟与数字混合模式。”再如系统设备配置与相关技术参数中规定了模拟摄像机的主要技术指标等内容。但是,不能据此认为同步录音录像系统的发展方向为模拟设备与数字设备相混合的发展方向,要想理解这一点,应当结合2006年版本的《系统建设规范》进行理解。
早在2006年,为了更好的指导全国同步录音录像工作,最高人民检察院出台了《人民检察院讯问职务犯罪嫌疑人实行全程同步录音录像系统建设规范(试行)》,该规范为《系统建设规范》的前一版本,对照新旧两个版本,我们可以发现:新旧两个版本的最大区别在于对数字系统、数字(高清)采集设备等方面规定,而在模拟系统、模拟采集设备(2006年版本中称之为模拟前端设备)方面没有变化,可以说,2013年版本的《系统建设规范》就是为了规定数字系统、数字(高清)设备的方面的内容而制定的,如果去除数字化、高清化两方面的内容,2013年版本的《系统建设规范》与2006年版本的《系统建设规范》的差异并不明显,现实指导作用会大打折扣。
那么,又该如何理解2013年版本的《系统建设规范》保留了一部分有关模拟系统的一些内容呢?对此,我们应当考虑到我国地区发展不平衡,各地检察机关的同步录音录像系统建设水平、设备更新速度也不相同,使用数字化、高清化标准对全国检察机关的同步录音录像设备进行“一刀切”的要求并不合理,故而保留一些2006年版《系统建设规范》中的一些标准。所以,对于2013年版《系统建设规范》中有关模拟系统的规定应当理解为对一些现有的,近期内又不具备改造、新建条件的同步录音录像设备订制的“兼容性”规定。在可以预见的未来,有关模拟系统的规定会从《系统建设规范》中删除。故而,同步录音录像设备的发展方向必定为数字化、高清化,因此,检察机关在改造、新建同步录音录像设备时应首先考虑数字化、高清化的设备,而非模拟设备。
综上所述,将高清视频技术应用于检察机关同步录音工作已获得制度方面的支持,本文在其后的论述中将不再考虑模拟系统,进而更为专注的分析数字系统。
(二)从系统架构和系统需求分析视频的编码格式
在讨论高清视频编码格式之前,我们必须清楚高清同步录音录像系统的系统架构和系统需求,否则就难以正确选择视频编码格式。
根据《系统建设规范》结合检察机关同步录音录像工作实际,可以得出同步录音录像系统为依托于检察专线网络的实时视频控制信息系统。分析《系统建设规范》中的有关内容,可以确定:同步录音录像系统需要实现对采集端(摄像机)的控制、实时视频在显示端的调配、视频资料存储、权限管理控制下的视频调阅等功能,因而可以确认该系统为视频控制信息系统,同时,《系统建设规范》第一部分第三章第2条明确规定了同步录音录像系统需依托检察专线网建设,所以,同步录音录像系统应定位为基于检察专线网络的实时视频控制信息系统,该系统的显著特点是基于检察专线网络的大数据量(实时高清视频)传输。故而,视频编码格式应尽可能地有利于实时视频网络传输。
《系统建设规范》提供了以下几种应采用的音视频数据编码标准,国际标准为:MPEG-2,MPEG-4AVC/H.264和国内标准AVS。以上格式均满足高清视频的编码要求,同时又各具特点,具体分析如下:
MPEG-2标准出台时间最早,目前应用最为广泛,且授权限制相对MPEG-4AVC/H.264较少,应用开发成本最低,但缺点也十分明显,即该编码标准较为落后,压缩比不甚理想,传输高清视频约需要12至20Mbps带宽,而MPEG-4AVC/H.264实现相同效果仅需7至8Mbps,仅为MPEG-2的1/3至1/2,对网络带宽的压力大大减轻。还需注意的是,MPEG-2编码标准又有MPEG2-PS和MPEG2-TS两种规范,但MPEG2-PS编码规范不支持实时视频传输,故而《系统建设规范》中除生成视频光盘的情况外,应将MPEG-2理解为MPEG2-TS编码标准。
AVS标准为国内标准,经过十余年的发展,在2013年,采用AVS标准的节目在古巴哈瓦那播出,这意味着AVS标准有了内容载体,因而,2013年被业内称为AVS大规模产业化的元年。目前,所有支持AVS的设备、包括解码芯片均为国产,同步录音录像系统如采用AVS编码格式,将极大的提升设备的国产化率,但同时需要注意的是:因为AVS标准相较与国际标准起步晚,产业化程度与国际标准差距十分明显,故而存在精通AVS标准的设计人员较少,相关产品种类较少,产品工艺水平与世界先进水平有一定差距等不利因素。此外还需关注的是在2013年12月,AVS标准权威部门透露:更为先进的AVS2标准制定取得了巨大突破,AVS2视频在场景类视频编码方面大幅领先于最新的新国际标准,其去除了这类视频中大量存在的场景冗余,典型情况下可将编码效率再翻一番。 而检察机关的同步录音录像视频全部为典型的场景视频,这意味着如采用AVS2编码标准,检察机关的同步录音录像工作有条件以较低的检察专线网带宽进入4K(超高清)时代。有意采用AVS编码标准的检察机关在建设同步录音录像系统时,应关注AVS2的发展情况。
综上所述,MPEG-2编码标准除应用比较广泛这一优势外,其余特点均不利于高清同步录音录像系统的建设,尤其是在《系统建设规范》中规定了看守所的提审室需要通过检察专线网接入到同步录音录像系统中,以看守所仅有一个提审室计算,就需要有两个高清采集设备产生的约24至40Mbps的带宽消耗,同时,《系统建设规范》中第一部分第四章(显示部分要求)第2条规定:“固定场所讯问室应安装讯问同步显示设备,实现讯问过程向被讯问人实时显示、证据出示和录像回放功能。”上述讯问显示设备的视频信号来源应来自同步录音录像系统而非直接由本地采集设备提供。即应为:看守所采集设备获取高清视频信号经检察专线网传输至检察机关的同步录音录像系统服务器,而后,在控制端的控制下,同步录音录像系统将视频信息传输至位于看守所提审室的显示终端,见下图。
因而,除上述所必须的24至40Mbps带宽外,还需增加12至20Mbps带宽,共需36至60Mbps带宽,考虑到《系统建设规范》所要求的文字通讯功能和必须的控制数据等因素,最终需要带宽接近65Mbps,考虑到看守所距离检察机关较为遥远,其检察专线网多为租用当地通信服务商线路,所以,如采用MPEG-2格式,就必须充分考虑其日后的维护费用。因此,MPEG-2格式较为适合检察专线网建设水平较高的检察机关。
而采用MPEG-4AVC/H.264标准,虽然授权限制较MPEG-2高,但完成上述功能所需网络带宽仅为30Mbps左右,日后维护费用(通讯服务线路租金)将大为降低。
采用AVS格式将同时具备上述两个编码标准的优势,即授权费用低,所需网络带宽低,如AVS2标准发布,采用AVS2编码标准,有望将所需网络带宽降至17Mbps。但其缺点也同样十分明显,即产业化水平低,产品种类较少,产品工艺水平较其他同类产品较低,开发人员较少。
总之,MPEG2编码标准虽然使用广泛,授权限制少,但压缩比不理想,不利于大量数据量传输,AVS编码标准为我国自主标准,有授权费用低,压缩比高等优势,且尚未发布的AVS2标准会极为适合同步录音录像工作,但是,当前该标准产业化水平低,客观上推高了同步录音录像系统的研发成本和研发难度。MPEG-4AVC/H.264虽授权限制较多,但压缩比较为理想,产业化程度高,客观上降低了同步录音录像系统的研发成本和难度。上述三种编码格式各有优势,合理选择,将有利于高清同步录音录像系统的研发和应用。
(三)其他有关要求
《系统建设规范》还规定了诸如画中画合成、字幕叠加等功能,因上述功能已经有了较为成熟的算法,本文不再讨论。此外,在《系统建设规范》出台后,部分省级人民检察院出台了省一级的系统建设细则或看守所系统建设规范,增加诸如:视频资料使用特殊格式保存;看守所的提审室至检察机关之间的视频传输需经过加密等要求。上述要求的技术实现手段实际上均为对视频文件进行加密处理,此时,MPEG-4/H.264和AVS编码格式因生成的视频数据较少,故而有较为明显的优势。但因视频文件的特性,除非使用全加密的方式可以取得较好的保密效果外,其他部分加密方式均有破解可能,但因全加密方式处理的数据量太大,难免会对系统的实时性产生不利影响。在此,笔者提出以下设想:对视频加密的目的在于防止泄露国家机密、商业秘密、个人隐私及案件侦查情况,而上述信息在同步录音录像视频中主要载体为声音,对声音加密,即可保护上述信息。所以,可考虑对音频实施全加密,对视频实施部分加密,以达到保密性和实施性的平衡。
总之,高清视频技术进入检察机关同步录音录像工作的时机已经非常成熟,各级检察机关在改造、新建同步录音录像设备时应当首先考虑使用高清视频设备。
（作者单位：山东省枣庄市人民检察院技术处）