GB/T 25724-2017《公共安全视频监控数字视音频编解码技术要求》标准符合性检测浅议

■ 文/公安部检测中心 王磊 卢玉华

1 引言

2017年3月9日，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会联合发布了GB/T 25724-2017《公共安全视频监控数字视音频编解码技术要求》，该标准于2017年6月1日起正式实施。

GB/T 25724-2017是GB/T 25724-2010的修订升级版，简称SVAC2.0版。此次修订主要吸收近年来不断发展起来的新技术和新算法，进一步提升编码压缩性能，并完善和细化了SVAC标准所独有的视频监控专用功能，使SVAC标准更加适用于公共安全视频监控领域。

公安部安全与警用电子产品质量检测中心（以下简称公安部检测中心）已作为主要完成单位制定了GA/T 1356-2018《国家标准GB/T 25724-2017符合性检测规范》（以下简称GA/T 1356-2018），牵头基本完成了研制SVAC2.0标准符合性检测（以下简称标准符合性检测）工具的任务。

2 标准符合性检测的必要性

美国政府于2007年强制推广美国ATSC标准化委员会的数字电视技术标准，2009年ATSC与消费电子协会（CEA）合作，推出相关认证计划，ATSC为符合此标准的产品制定了一种移动数字电视认证标志“MDTV”。广电设备供应商和消费电子制造商通过认证标志标示其产品符合新A/153 ATSC移动数字电视标准。此计划主要基于业界成员的自我认证，也包括提供专家审查、独立实验室测试和检验以确定符合性。

在国内方面，隶属中国电子技术标准化研究院的国家数字音视频及多媒体产品质量监督检验中心（ADTC）可按照相关技术要求对广电行业产品（机顶盒、一体机、接收模块等）进行视频编解码符合性评测。

因此，我国自主研发相关检测软件系统、测试码流和标准解码器等，以SVAC产业联盟为桥梁，凝聚公共安全相关产业厂商合力，搭建成SVAC2.0标准符合性测试平台，建立SVAC产品标准符合性检测方法体系，对国内市场销售的SVAC产品进行标准符合性检测，这对于推进我国自主知识产权标准SVAC的产业化，在与国际标准的竞争中取得主动是至关重要的。同时，是在SVAC产品产业化过程中，保证SVAC标准的顺利实施、保证SVAC产品的兼容性、产品的普及推广及维护政府等用户权益的必要条件。

3 标准符合性检测的适用范围

SVAC2.0标准符合性检测的适用范围是所有符合SVAC2.0标准的软、硬件编解码器，即符合SVAC2.0标准的网络摄像机、DVR、NVR和视频监控平台软件。

4 标准符合性检测内容及过程

与SVAC1.0相比，SVAC 2.0在数据安全保护、提升压缩性能和编码效率、实时智能分析和大数据应用支持等方面做了重大改进和完善。具体修改内容提要见表1。

4.1 SVAC2.0视频编码器标准符合性检测概述

4.1.1 SVAC2.0视频编码器符合性检测测试项

针对SVAC2.0标准中出现的新特性，GA/T 1356-2018参考SVAC2.0标准中附录C的规定，确定SVAC2.0视频编码器（以下简称视频编码器）符合性测试项见表2，表2中编号为1、2的测试项为必测项，编号为3～10的测试项为可选测试项。

表1 SVAC2.0改进内容提要

表2 网络摄像机符合性测试项

4.1.2 视频编码器符合性检测测试源

GA/T 1356-2018规定了测试源应包括但不限于细节丰富、运动多样的场景，以测试视频编码器应用于复杂运动场景时能够达到的极限编码能力。

为保证检测的一致性，可在试验室中通过场景模拟方式完成检测，该场景应包括可调照明光源和被测物，被测物应包括水平传动装置、垂直传动装置、同心圆旋转装置、测试卡（分辨力测试卡、24色卡、同心圆白色板卡、西门子之星测试卡）、宽动态测试工装及场景布置配件（如多色彩背景壁纸、毛绒玩偶等细节摆件），其中水平传动装置、垂直传动装置和同心圆旋转装置能调节传动或旋转速度，以便调整场景复杂度。

4.1.3 视频编码器符合性检测流程

首先将视频编码器分辨率、帧率设置为厂商声明的最大值，且输出码率小于等于厂商声明值。

再根据测试项设置视频编码器参数，对指定测试场景进行指定时间长度（图像采集时间不少于3分钟）的编码，产生并输出视频码流文件。

视频编码器输出解码重建图像内容（输出的YUV视频图像文件）应与测试场景一致，无明显马赛克、拖尾及花屏现象，视频上下左右边界画面连续无填充，分辨率、帧率应与设置值一致，码率应与设置值相当（差值在±10%之内）。

对视频编码器产生的编码比特流进行检查，通过符合性测试工具检查编码比特流中的语法元素取值，确定是否支持对应的功能。

视频编码器标准符合性测试流程见图1。

图1 视频编码器符合性测试流程

限于本文篇幅，笔者不再对表1中具体检测项目语法取值进行具体阐述，有兴趣的读者可购买查阅GA/T 1356-2018《国家标准GB/T 25724-2017符合性检测规范》等参考资料。

4.2 视频解码器标准符合性检测概述

4.2.1 视频解码器标准符合性检测项

表3 各档次视频解码器符合性测试项

表4 级别测试比特流参数项

GA/T 1356-2018参考GB/T 25724-2017中附录C的规定，针对SVAC2.0视频解码器（以下简称视频解码器）在公共安全视频监控中的特性，结合安防应用实际，规定视频解码器主要从功能、性能两个方面进行SVAC2.0标准符合性检测。

视频解码器符合性检测将功能部分划分为2个档次，性能部分划分为6个级别，视频解码器档次符合性测试项见表3，级别符合性测试项见表4。

4.2.2 视频解码器符合性检测测试比特流

针对表2中的功能测试项，GA/T 1356-2018参考国际国内通行的解码器测试方法，专门规定了若干功能符合性检测视频流用于检测视频解码器是否满足SVAC2.0标准需求，由于编码工具数量庞大，需要针对每一种或几种编码工具制作符合性检测视频流，对于每一段视频流要充分考虑各系数边界、工具之间的组合影响等因素，以充分并且完备地对SVAC2.0视频解码器进行测试。

同样的，针对表4中的级别测试项，验证视频解码器是否支持SVAC2.0标准规定对应的级别，也需要制作不同分辨率和帧率的各级别测试的编码比特流，通过检查解码器能否正确解析比特流并解码输出正确图像，同时不存在丢帧现象，来确定解码器是否支持该级别。

限于本文篇幅，不再对各测试比特流展开讨论，有兴趣的读者可购买查阅GA/T 1356-2018《国家标准GB/T 25724-2017符合性检测规范》等参考资料。

4.2.3 各档次视频解码器符合性检测流程

在实际的安防应用中，视频解码器的表现形式常为DVR、NVR和网络解码平台软件，GA/T 1356-2018根据通行做法将视频解码器划分为硬件视频解码器和软件视频解码器，DVR、NVR等无法输出YUV视频文件的设备被认为是硬件视频解码器，网络解码平台软件等可以输出YUV视频文件的软件通常被认为是软件视频解码器。并根据软硬件视频解码器的特点设计了相应的符合性检测流程。

对于硬件视频解码器，需通过SVAC2.0符合性测试工具将测试比特流输入至受测视频解码器后解码并显示。通过比对解码输出图像与SVAC参考解码器解码输出YUV图像，得到测试结果。见图2。

图2 硬件视频解码器档次符合性测试流程

图3 软件视频解码器档次符合性测试流程

解码重建图像序列应与SVAC参考解码器输出图像相同，判定方法为解码重建图像序列应与SVAC参考解码器输出图像的SSIM平均值≥0.8。

对于软件视频解码器，需通过SVAC2.0符合性测试工具将测试比特流输入至受测视频解码器后解码显示并输出YUV图像。通过比对解码输出YUV图像与SVAC参考解码器解码输出YUV图像，得到测试结果。见图3。

解码重建图像序列应与SVAC参考解码器对该测试比特流解码产生的解码重建图像序列中的所有样点取值完全一致。

4.2.4 各级别视频解码器符合性检测流程

通过SVAC2.0符合性测试工具将测试比特流输入至视频解码器后解码并显示，输出解码图像。通过比对解码输出图像与SVAC参考解码器解码输出YUV图像、分辨率、帧率，得到测试结果。级别符合性测试流程见图4、图5。

对于硬件视频解码器，解码重建图像序列应与SVAC参考解码器输出图像相同，判定方法为解码重建图像序列应与SVAC参考解码器输出图像的SSIM平均值≥0.8，且图像分辨率、帧率与测试比特流一致则判定通过该级别测试。

图4 硬件视频解码器级别符合性测试流程

图5 软件视频解码器级别符合性测试流程

对于软件视频解码器，解码重建图像序列应与SVAC参考解码器对该测试比特流解码产生的解码重建图像序列中的所有样点取值完全一致，且分辨率、帧率与测试比特流一致则判定通过该级别测试。

4.2.5 基于SSIM算法的全参考视频评价系统简介

SVAC1.0软硬件解码类产品符合性检测中大部分需人工比对,人工比对效率较低,容易出现视觉疲劳并忽略图像细节,对快速运动视频图像中出现的细节问题关注度较低，且检测过程复现性较差，造成检测尺度不统一的问题。

基于SSIM算法的全参考视频评价系统的核心采用SSIM算法，该算法于2002年由美国得克萨斯大学的Zhou Wang提出,主要基于对待测视频图像和参考视频图像从亮度，对比度，结构三个维度进行分别测量,最后进行归一化处理,得出待测视频图像和参考视频图像的相似度指标。该算法已由世界多个大学机构验证,算法易用可靠，业已成熟，已被广泛应用于视频图像比对领域，国外专业测试仪器厂家R&S、泰科均有基于该算法用于H.264、MPEG4视频图像比对的成熟产品，国内清华大学、北京大学、西安交大均有研究并有论文著述。

结合SVAC1.0符合性检测中出现的问题，基于SSIM算法的全参考视频评价系统能够替代传统人工比对，解决人工比对出现的问题，且比对过程可完全还原，复现性好，且能发现人工比对难以察觉的细节问题，如缺帧、黑帧、静帧问题，实用价值巨大。

基于SSIM算法的全参考视频质量评价系统（简称“评价系统”）对SVAC2.0解码器的测试流程如图6所示。测试比特流输入到受测软硬件视频解码器，受测软硬件解码器输出的解码重建图像序列和参考解码器输出图像同时输入给评价系统；系统经过计算输出SSIM值≥0.8且不存在丢帧现象时，认为该解码重建图像序列与参考解码软件输出图像相同。对于输出接口为VGA的模拟信号的解码器设备，系统采用视频采集卡对其输出信号进行“模-数”转换并进行预处理，得到待评价视频文件。

基于SSIM算法的全参考视频评价系统运用于SVAC2.0符合性检测能够为SVAC2.0设备制造商提供了同场竞技的平台，设备好坏从评分上一眼既知，真正做到了公正、公平、公开检测。SSIM算法作为一种兼顾执行效率和准确程度的图像比对算法，在计算机图形学的各个领域获得了应用，将过去主要依赖人工比对原始视频和被测视频的方式转化为一种可视化的自动视频比对方式。

图6 系统测试流程图

5 厂家送检需注意的问题

这里主要是结合笔者在进行标准符合性检测过程中常遇到的问题为送检厂家提出一些建议，仅供参考。

GA/T 1356-2018标准中明确提出了网络摄像机、DVR、NVR和网络解码平台软件要通过GB/T 28181-2016中规定的信令格式和协议连接到SVAC2.0符合性检测工具再进行检测，由此请各厂家注意SVAC2.0产品必须支持GB/T 28181-2016中规定的信令格式和协议。

在SVAC1.0标准符合性检测中，偶有发现DVR、NVR接入测试码流后解码不完整的情况，通过SSIM评价系统可发现解码视频中会有丢帧和重复帧的情况出现。

网络解码平台软件常见问题是解码速度不均匀现象，出现解码前期速度较慢，后期较快，平均解码速度达到标准要求的情况。

以上两种情况在检测中视为不合格，提请各厂家注意。

6 总结

SVAC2.0标准施行后，对于视频监控系统中的互编互解、安全等问题有了更好的解决方案，对我国公共安全视频监控完整产业链的形成，对我国自主知识产权的公共安全视频监控芯片研制和设备的产业化，具有重要的技术支撑和推动作用。而SVAC2.0符合性检测是推动SVAC2.0产业化的重要抓手和前提条件， GA/T 1356-2018《国家标准GB/T 25724-2017符合性检测规范》编制组暨SVAC2.0标准符合性检测工具研发项目组基本完成了该项工作，但仍有研究和发展的空间，后续将从以下两个个方面进一步展开深入的研究工作：

（1）继续研究SVAC2.0符合性测试工具运用于工程检测方面的移植工作；

（2）目前SVAC2.0符合性测试工具对软硬件视频解码器进行的测试为单路测试，继续研究改进测试工具完成多路测试的工作。

[1]GB/T 25724-2017 《公共安全视频监控数字视音频编解码技术要求》.

[2]GA/T 1356-2018《国家标准GB/T 25724-2017符合性检测规范》.

[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]与时俱进SVAC2.0版标准实施，积极促进视频监控产业优化升级.