GB/T 25724-2017《公共安全視頻監(jiān)控數(shù)字視音頻編解碼技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測淺議

■ 文/公安部檢測中心 王磊 盧玉華

1 引言

2017年3月9日，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合發(fā)布了GB/T 25724-2017《公共安全視頻監(jiān)控數(shù)字視音頻編解碼技術(shù)要求》，該標(biāo)準(zhǔn)于2017年6月1日起正式實施。

GB/T 25724-2017是GB/T 25724-2010的修訂升級版，簡稱SVAC2.0版。此次修訂主要吸收近年來不斷發(fā)展起來的新技術(shù)和新算法，進(jìn)一步提升編碼壓縮性能，并完善和細(xì)化了SVAC標(biāo)準(zhǔn)所獨(dú)有的視頻監(jiān)控專用功能，使SVAC標(biāo)準(zhǔn)更加適用于公共安全視頻監(jiān)控領(lǐng)域。

公安部安全與警用電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心（以下簡稱公安部檢測中心）已作為主要完成單位制定了GA/T 1356-2018《國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25724-2017符合性檢測規(guī)范》（以下簡稱GA/T 1356-2018），牽頭基本完成了研制SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測）工具的任務(wù)。

2 標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測的必要性

美國政府于2007年強(qiáng)制推廣美國ATSC標(biāo)準(zhǔn)化委員會的數(shù)字電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，2009年ATSC與消費(fèi)電子協(xié)會（CEA）合作，推出相關(guān)認(rèn)證計劃，ATSC為符合此標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品制定了一種移動數(shù)字電視認(rèn)證標(biāo)志“MDTV”。廣電設(shè)備供應(yīng)商和消費(fèi)電子制造商通過認(rèn)證標(biāo)志標(biāo)示其產(chǎn)品符合新A/153 ATSC移動數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。此計劃主要基于業(yè)界成員的自我認(rèn)證，也包括提供專家審查、獨(dú)立實驗室測試和檢驗以確定符合性。

在國內(nèi)方面，隸屬中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的國家數(shù)字音視頻及多媒體產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（ADTC）可按照相關(guān)技術(shù)要求對廣電行業(yè)產(chǎn)品（機(jī)頂盒、一體機(jī)、接收模塊等）進(jìn)行視頻編解碼符合性評測。

因此，我國自主研發(fā)相關(guān)檢測軟件系統(tǒng)、測試碼流和標(biāo)準(zhǔn)解碼器等，以SVAC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為橋梁，凝聚公共安全相關(guān)產(chǎn)業(yè)廠商合力，搭建成SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)符合性測試平臺，建立SVAC產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測方法體系，對國內(nèi)市場銷售的SVAC產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測，這對于推進(jìn)我國自主知識產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)SVAC的產(chǎn)業(yè)化，在與國際標(biāo)準(zhǔn)的競爭中取得主動是至關(guān)重要的。同時，是在SVAC產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化過程中，保證SVAC標(biāo)準(zhǔn)的順利實施、保證SVAC產(chǎn)品的兼容性、產(chǎn)品的普及推廣及維護(hù)政府等用戶權(quán)益的必要條件。

3 標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測的適用范圍

SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測的適用范圍是所有符合SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)的軟、硬件編解碼器，即符合SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、DVR、NVR和視頻監(jiān)控平臺軟件。

4 標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測內(nèi)容及過程

與SVAC1.0相比，SVAC 2.0在數(shù)據(jù)安全保護(hù)、提升壓縮性能和編碼效率、實時智能分析和大數(shù)據(jù)應(yīng)用支持等方面做了重大改進(jìn)和完善。具體修改內(nèi)容提要見表1。

4.1 SVAC2.0視頻編碼器標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測概述

4.1.1 SVAC2.0視頻編碼器符合性檢測測試項

針對SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的新特性，GA/T 1356-2018參考SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)中附錄C的規(guī)定，確定SVAC2.0視頻編碼器（以下簡稱視頻編碼器）符合性測試項見表2，表2中編號為1、2的測試項為必測項，編號為3～10的測試項為可選測試項。

表1 SVAC2.0改進(jìn)內(nèi)容提要

表2 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)符合性測試項

4.1.2 視頻編碼器符合性檢測測試源

GA/T 1356-2018規(guī)定了測試源應(yīng)包括但不限于細(xì)節(jié)豐富、運(yùn)動多樣的場景，以測試視頻編碼器應(yīng)用于復(fù)雜運(yùn)動場景時能夠達(dá)到的極限編碼能力。

為保證檢測的一致性，可在試驗室中通過場景模擬方式完成檢測，該場景應(yīng)包括可調(diào)照明光源和被測物，被測物應(yīng)包括水平傳動裝置、垂直傳動裝置、同心圓旋轉(zhuǎn)裝置、測試卡（分辨力測試卡、24色卡、同心圓白色板卡、西門子之星測試卡）、寬動態(tài)測試工裝及場景布置配件（如多色彩背景壁紙、毛絨玩偶等細(xì)節(jié)擺件），其中水平傳動裝置、垂直傳動裝置和同心圓旋轉(zhuǎn)裝置能調(diào)節(jié)傳動或旋轉(zhuǎn)速度，以便調(diào)整場景復(fù)雜度。

4.1.3 視頻編碼器符合性檢測流程

首先將視頻編碼器分辨率、幀率設(shè)置為廠商聲明的最大值，且輸出碼率小于等于廠商聲明值。

再根據(jù)測試項設(shè)置視頻編碼器參數(shù)，對指定測試場景進(jìn)行指定時間長度（圖像采集時間不少于3分鐘）的編碼，產(chǎn)生并輸出視頻碼流文件。

視頻編碼器輸出解碼重建圖像內(nèi)容（輸出的YUV視頻圖像文件）應(yīng)與測試場景一致，無明顯馬賽克、拖尾及花屏現(xiàn)象，視頻上下左右邊界畫面連續(xù)無填充，分辨率、幀率應(yīng)與設(shè)置值一致，碼率應(yīng)與設(shè)置值相當(dāng)（差值在±10%之內(nèi)）。

對視頻編碼器產(chǎn)生的編碼比特流進(jìn)行檢查，通過符合性測試工具檢查編碼比特流中的語法元素取值，確定是否支持對應(yīng)的功能。

視頻編碼器標(biāo)準(zhǔn)符合性測試流程見圖1。

圖1 視頻編碼器符合性測試流程

限于本文篇幅，筆者不再對表1中具體檢測項目語法取值進(jìn)行具體闡述，有興趣的讀者可購買查閱GA/T 1356-2018《國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25724-2017符合性檢測規(guī)范》等參考資料。

4.2 視頻解碼器標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測概述

4.2.1 視頻解碼器標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測項

表3 各檔次視頻解碼器符合性測試項

表4 級別測試比特流參數(shù)項

GA/T 1356-2018參考GB/T 25724-2017中附錄C的規(guī)定，針對SVAC2.0視頻解碼器（以下簡稱視頻解碼器）在公共安全視頻監(jiān)控中的特性，結(jié)合安防應(yīng)用實際，規(guī)定視頻解碼器主要從功能、性能兩個方面進(jìn)行SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測。

視頻解碼器符合性檢測將功能部分劃分為2個檔次，性能部分劃分為6個級別，視頻解碼器檔次符合性測試項見表3，級別符合性測試項見表4。

4.2.2 視頻解碼器符合性檢測測試比特流

針對表2中的功能測試項，GA/T 1356-2018參考國際國內(nèi)通行的解碼器測試方法，專門規(guī)定了若干功能符合性檢測視頻流用于檢測視頻解碼器是否滿足SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)需求，由于編碼工具數(shù)量龐大，需要針對每一種或幾種編碼工具制作符合性檢測視頻流，對于每一段視頻流要充分考慮各系數(shù)邊界、工具之間的組合影響等因素，以充分并且完備地對SVAC2.0視頻解碼器進(jìn)行測試。

同樣的，針對表4中的級別測試項，驗證視頻解碼器是否支持SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對應(yīng)的級別，也需要制作不同分辨率和幀率的各級別測試的編碼比特流，通過檢查解碼器能否正確解析比特流并解碼輸出正確圖像，同時不存在丟幀現(xiàn)象，來確定解碼器是否支持該級別。

限于本文篇幅，不再對各測試比特流展開討論，有興趣的讀者可購買查閱GA/T 1356-2018《國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25724-2017符合性檢測規(guī)范》等參考資料。

4.2.3 各檔次視頻解碼器符合性檢測流程

在實際的安防應(yīng)用中，視頻解碼器的表現(xiàn)形式常為DVR、NVR和網(wǎng)絡(luò)解碼平臺軟件，GA/T 1356-2018根據(jù)通行做法將視頻解碼器劃分為硬件視頻解碼器和軟件視頻解碼器，DVR、NVR等無法輸出YUV視頻文件的設(shè)備被認(rèn)為是硬件視頻解碼器，網(wǎng)絡(luò)解碼平臺軟件等可以輸出YUV視頻文件的軟件通常被認(rèn)為是軟件視頻解碼器。并根據(jù)軟硬件視頻解碼器的特點(diǎn)設(shè)計了相應(yīng)的符合性檢測流程。

對于硬件視頻解碼器，需通過SVAC2.0符合性測試工具將測試比特流輸入至受測視頻解碼器后解碼并顯示。通過比對解碼輸出圖像與SVAC參考解碼器解碼輸出YUV圖像，得到測試結(jié)果。見圖2。

圖2 硬件視頻解碼器檔次符合性測試流程

圖3 軟件視頻解碼器檔次符合性測試流程

解碼重建圖像序列應(yīng)與SVAC參考解碼器輸出圖像相同，判定方法為解碼重建圖像序列應(yīng)與SVAC參考解碼器輸出圖像的SSIM平均值≥0.8。

對于軟件視頻解碼器，需通過SVAC2.0符合性測試工具將測試比特流輸入至受測視頻解碼器后解碼顯示并輸出YUV圖像。通過比對解碼輸出YUV圖像與SVAC參考解碼器解碼輸出YUV圖像，得到測試結(jié)果。見圖3。

解碼重建圖像序列應(yīng)與SVAC參考解碼器對該測試比特流解碼產(chǎn)生的解碼重建圖像序列中的所有樣點(diǎn)取值完全一致。

4.2.4 各級別視頻解碼器符合性檢測流程

通過SVAC2.0符合性測試工具將測試比特流輸入至視頻解碼器后解碼并顯示，輸出解碼圖像。通過比對解碼輸出圖像與SVAC參考解碼器解碼輸出YUV圖像、分辨率、幀率，得到測試結(jié)果。級別符合性測試流程見圖4、圖5。

對于硬件視頻解碼器，解碼重建圖像序列應(yīng)與SVAC參考解碼器輸出圖像相同，判定方法為解碼重建圖像序列應(yīng)與SVAC參考解碼器輸出圖像的SSIM平均值≥0.8，且圖像分辨率、幀率與測試比特流一致則判定通過該級別測試。

圖4 硬件視頻解碼器級別符合性測試流程

圖5 軟件視頻解碼器級別符合性測試流程

對于軟件視頻解碼器，解碼重建圖像序列應(yīng)與SVAC參考解碼器對該測試比特流解碼產(chǎn)生的解碼重建圖像序列中的所有樣點(diǎn)取值完全一致，且分辨率、幀率與測試比特流一致則判定通過該級別測試。

4.2.5 基于SSIM算法的全參考視頻評價系統(tǒng)簡介

SVAC1.0軟硬件解碼類產(chǎn)品符合性檢測中大部分需人工比對,人工比對效率較低,容易出現(xiàn)視覺疲勞并忽略圖像細(xì)節(jié),對快速運(yùn)動視頻圖像中出現(xiàn)的細(xì)節(jié)問題關(guān)注度較低，且檢測過程復(fù)現(xiàn)性較差，造成檢測尺度不統(tǒng)一的問題。

基于SSIM算法的全參考視頻評價系統(tǒng)的核心采用SSIM算法，該算法于2002年由美國得克薩斯大學(xué)的Zhou Wang提出,主要基于對待測視頻圖像和參考視頻圖像從亮度，對比度，結(jié)構(gòu)三個維度進(jìn)行分別測量,最后進(jìn)行歸一化處理,得出待測視頻圖像和參考視頻圖像的相似度指標(biāo)。該算法已由世界多個大學(xué)機(jī)構(gòu)驗證,算法易用可靠，業(yè)已成熟，已被廣泛應(yīng)用于視頻圖像比對領(lǐng)域，國外專業(yè)測試儀器廠家R&S、泰科均有基于該算法用于H.264、MPEG4視頻圖像比對的成熟產(chǎn)品，國內(nèi)清華大學(xué)、北京大學(xué)、西安交大均有研究并有論文著述。

結(jié)合SVAC1.0符合性檢測中出現(xiàn)的問題，基于SSIM算法的全參考視頻評價系統(tǒng)能夠替代傳統(tǒng)人工比對，解決人工比對出現(xiàn)的問題，且比對過程可完全還原，復(fù)現(xiàn)性好，且能發(fā)現(xiàn)人工比對難以察覺的細(xì)節(jié)問題，如缺幀、黑幀、靜幀問題，實用價值巨大。

基于SSIM算法的全參考視頻質(zhì)量評價系統(tǒng)（簡稱“評價系統(tǒng)”）對SVAC2.0解碼器的測試流程如圖6所示。測試比特流輸入到受測軟硬件視頻解碼器，受測軟硬件解碼器輸出的解碼重建圖像序列和參考解碼器輸出圖像同時輸入給評價系統(tǒng)；系統(tǒng)經(jīng)過計算輸出SSIM值≥0.8且不存在丟幀現(xiàn)象時，認(rèn)為該解碼重建圖像序列與參考解碼軟件輸出圖像相同。對于輸出接口為VGA的模擬信號的解碼器設(shè)備，系統(tǒng)采用視頻采集卡對其輸出信號進(jìn)行“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換并進(jìn)行預(yù)處理，得到待評價視頻文件。

基于SSIM算法的全參考視頻評價系統(tǒng)運(yùn)用于SVAC2.0符合性檢測能夠為SVAC2.0設(shè)備制造商提供了同場競技的平臺，設(shè)備好壞從評分上一眼既知，真正做到了公正、公平、公開檢測。SSIM算法作為一種兼顧執(zhí)行效率和準(zhǔn)確程度的圖像比對算法，在計算機(jī)圖形學(xué)的各個領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，將過去主要依賴人工比對原始視頻和被測視頻的方式轉(zhuǎn)化為一種可視化的自動視頻比對方式。

圖6 系統(tǒng)測試流程圖

5 廠家送檢需注意的問題

這里主要是結(jié)合筆者在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測過程中常遇到的問題為送檢廠家提出一些建議，僅供參考。

GA/T 1356-2018標(biāo)準(zhǔn)中明確提出了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、DVR、NVR和網(wǎng)絡(luò)解碼平臺軟件要通過GB/T 28181-2016中規(guī)定的信令格式和協(xié)議連接到SVAC2.0符合性檢測工具再進(jìn)行檢測，由此請各廠家注意SVAC2.0產(chǎn)品必須支持GB/T 28181-2016中規(guī)定的信令格式和協(xié)議。

在SVAC1.0標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測中，偶有發(fā)現(xiàn)DVR、NVR接入測試碼流后解碼不完整的情況，通過SSIM評價系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)解碼視頻中會有丟幀和重復(fù)幀的情況出現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)解碼平臺軟件常見問題是解碼速度不均勻現(xiàn)象，出現(xiàn)解碼前期速度較慢，后期較快，平均解碼速度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。

以上兩種情況在檢測中視為不合格，提請各廠家注意。

6 總結(jié)

SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)施行后，對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的互編互解、安全等問題有了更好的解決方案，對我國公共安全視頻監(jiān)控完整產(chǎn)業(yè)鏈的形成，對我國自主知識產(chǎn)權(quán)的公共安全視頻監(jiān)控芯片研制和設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，具有重要的技術(shù)支撐和推動作用。而SVAC2.0符合性檢測是推動SVAC2.0產(chǎn)業(yè)化的重要抓手和前提條件， GA/T 1356-2018《國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25724-2017符合性檢測規(guī)范》編制組暨SVAC2.0標(biāo)準(zhǔn)符合性檢測工具研發(fā)項目組基本完成了該項工作，但仍有研究和發(fā)展的空間，后續(xù)將從以下兩個個方面進(jìn)一步展開深入的研究工作：

（1）繼續(xù)研究SVAC2.0符合性測試工具運(yùn)用于工程檢測方面的移植工作；

（2）目前SVAC2.0符合性測試工具對軟硬件視頻解碼器進(jìn)行的測試為單路測試，繼續(xù)研究改進(jìn)測試工具完成多路測試的工作。

[1]GB/T 25724-2017 《公共安全視頻監(jiān)控數(shù)字視音頻編解碼技術(shù)要求》.

[2]GA/T 1356-2018《國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25724-2017符合性檢測規(guī)范》.

[3]Wang, Z., et al., Image quality assessment:from error visibility to structural similarity.IEEE transactions on image processing,2004. 13（4）: p. 600--612.

[4]與時俱進(jìn)SVAC2.0版標(biāo)準(zhǔn)實施，積極促進(jìn)視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級.