視頻編碼

百科解釋

　　所謂視頻編碼方式就是指通過特定的壓縮技術(shù)，將某個視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標(biāo)準(zhǔn)有國際電聯(lián)的H.261、H.263，運動靜止圖像專家組的M-JPEG和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織運動圖像專家組的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)，此外在互聯(lián)網(wǎng)上被廣泛應(yīng)用的還有Real-Networks的RealVideo、微軟公司的WMT以及Apple公司的QuickTime等。
　　MPEG是活動圖像專家組(Moving Picture Exports Group)的縮寫，于1988年成立，是為數(shù)字視/音頻制定壓縮標(biāo)準(zhǔn)的專家組，目前已擁有300多名成員，包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG組織最初得到的授權(quán)是制定用于“活動圖像”編碼的各種標(biāo)準(zhǔn)，隨后擴(kuò)充為“及其伴隨的音頻”及其組合編碼。后來針對不同的應(yīng)用需求，解除了“用于數(shù)字存儲媒體”的限制，成為現(xiàn)在制定“活動圖像和音頻編碼”標(biāo)準(zhǔn)的組織。MPEG組織制定的各個標(biāo)準(zhǔn)都有不同的目標(biāo)和應(yīng)用，目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)。

視頻編碼原理

　　視頻圖像數(shù)據(jù)有極強(qiáng)的相關(guān)性，也就是說有大量的冗余信息。其中冗余信息可分為空域冗余信息和時域冗余信息。壓縮技術(shù)就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉（去除數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性），壓縮技術(shù)包含幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和熵編碼壓縮技術(shù)。
　　去時域冗余信息
　　使用幀間編碼技術(shù)可去除時域冗余信息，它包括以下三部分：
　�。� 運動補(bǔ)償
　　運動補(bǔ)償是通過先前的局部圖像來預(yù)測、補(bǔ)償當(dāng)前的局部圖像，它是減少幀序列冗余信息的有效方法。
　　－運動表示
　　不同區(qū)域的圖像需要使用不同的運動矢量來描述運動信息。運動矢量通過熵編碼進(jìn)行壓縮。
　�。� 運動估計
　　運動估計是從視頻序列中抽取運動信息的一整套技術(shù)。
　　注：通用的壓縮標(biāo)準(zhǔn)都使用基于塊的運動估計和運動補(bǔ)償。
　　去空域冗余信息
　　主要使用幀間編碼技術(shù)和熵編碼技術(shù)：
　�。� 變換編碼
　　幀內(nèi)圖像和預(yù)測差分信號都有很高的空域冗余信息。變換編碼將空域信號變換到另一正交矢量空間，使其相關(guān)性下降，數(shù)據(jù)冗余度減小。
　　－量化編碼
　　經(jīng)過變換編碼后，產(chǎn)生一批變換系數(shù)，對這些系數(shù)進(jìn)行量化，使編碼器的輸出達(dá)到一定的位率。這一過程導(dǎo)致精度的降低。
　　－熵編碼
　　熵編碼是無損編碼。它對變換、量化后得到的系數(shù)和運動信息，進(jìn)行進(jìn)一步的壓縮。

視頻編碼框架

視頻編碼技術(shù)

　　目前監(jiān)控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等幾種視頻編碼技術(shù)。對于最終用戶來言他最為關(guān)心的主要有：清晰度、存儲量（帶寬）、穩(wěn)定性還有價格。采用不同的壓縮技術(shù)，將很大程度影響以上幾大要素。
　　MJPEG
　　MJPEG（Motion JPEG）壓縮技術(shù)，主要是基于靜態(tài)視頻壓縮發(fā)展起來的技術(shù)，它的主要特點是基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化，只單獨對某一幀進(jìn)行壓縮。
　　MJPEG壓縮技術(shù)可以獲取清晰度很高的視頻圖像，可以動態(tài)調(diào)整幀率、分辨率。但由于沒有考慮到幀間變化，造成大量冗余信息被重復(fù)存儲，因此單幀視頻的占用空間較大，目前流行的MJPEG技術(shù)最好的也只能做到3K字節(jié)/幀，通常要8~20K！
　　MPEG-1/2
　　MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)主要針對SIF標(biāo)準(zhǔn)分辨率(NTSC制為352X240；PAL制為352X288)的圖像進(jìn)行壓縮. 壓縮位率主要目標(biāo)為1.5Mb/s.較MJPEG技術(shù)，MPEG1在實時壓縮、每幀數(shù)據(jù)量、處理速度上有顯著的提高。但MPEG1也有較多不利地方：存儲容量還是過大、清晰度不夠高和網(wǎng)絡(luò)傳輸困難。
　　MPEG-2 在MPEG-1基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)充和提升，和MPEG-1向下兼容，主要針對存儲媒體、數(shù)字電視、高清晰等應(yīng)用領(lǐng)域，分辨率為：低(352x288)，中(720x480)，次高(1440x1080)，高(1920x1080)。MPEG-2視頻相對MPEG-1提升了分辨率，滿足了用戶高清晰的要求，但由于壓縮性能沒有多少提高，使得存儲容量還是太大，也不適和網(wǎng)絡(luò)傳輸。
　　MPEG-4
　　MPEG-4視頻壓縮算法相對于MPEG-1/2在低比特率壓縮上有著顯著提高，在CIF（352*288）或者更高清晰度（768*576）情況下的視頻壓縮，無論從清晰度還是從存儲量上都比MPEG1具有更大的優(yōu)勢，也更適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外MPEG-4可以方便地動態(tài)調(diào)整幀率、比特率，以降低存儲量。
　　MPEG-4由于系統(tǒng)設(shè)計過于復(fù)雜，使得MPEG-4難以完全實現(xiàn)并且兼容，很難在視頻會議、可視電話等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，這一點有點偏離原來地初衷。另外對于中國企業(yè)來說還要面臨高昂的專利費問題，目前規(guī)定：
　�。� 每臺解碼設(shè)備需要交給MPEG-LA 0.25美元。
　　－編碼/解碼設(shè)備還需要按時間交費（4美分/天=1.2美元/月 =14.4美元/年）。
　　H.264/AVC
　　H.264集中了以往標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點，在許多領(lǐng)域都得到突破性進(jìn)展，使得它獲得比以往標(biāo)準(zhǔn)好得多整體性能：
　�。� 和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可節(jié)省50％的碼率，使存儲容量大大降低；
　�。� H.264在不同分辨率、不同碼率下都能提供較高的視頻質(zhì)量；
　　－采用“網(wǎng)絡(luò)友善”的結(jié)構(gòu)和語法，使其更有利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。
　　H.264采用簡潔設(shè)計,使它比MPEG4更容易推廣，更容易在視頻會議、視頻電話中實現(xiàn)，更容易實現(xiàn)互連互通，可以簡便地和G.729等低比特率語音壓縮組成一個完整的系統(tǒng)。
　　MPEG LA吸收MPEG-4的高昂專利費而使它難以推廣的教訓(xùn)，MPEG LA制定了以下低廉的H.264收費標(biāo)準(zhǔn)：H.264廣播時基本不收費；產(chǎn)品中嵌入H.264編/解碼器時，年產(chǎn)量10萬臺以下不收取費，超過10萬臺每臺收取0.2美元，超過500萬臺每臺收取0.1美元。低廉的專利費使得中國H.264監(jiān)控產(chǎn)品更容易走向世界。
　　監(jiān)控中視頻編碼分辨率的選擇
　　目前監(jiān)控行業(yè)中主要使用以下分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF。
　　SQCIF和QCIF的優(yōu)點是存儲量低，可以在窄帶中使用，使用這種分辨率的產(chǎn)品價格低廉；缺點是圖像質(zhì)量往往很差、不被用戶所接受。
　　CIF是目前監(jiān)控行業(yè)的主流分辨率，它的優(yōu)點是存儲量較低，能在普通寬帶網(wǎng)絡(luò)中傳輸，價格也相對低廉，它的圖像質(zhì)量較好，被大部分用戶所接受。缺點是圖像質(zhì)量不能滿足高清晰的要求。
　　4CIF是標(biāo)清分辨率，它的優(yōu)點是圖像清晰。缺點是存儲量高，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬要求很高，價格也較高。
　　分辨率新的選擇－528x384。
　　2CIF（704x288）已被部分產(chǎn)品采用，用來解決CIF清晰度不夠高和4CIF存儲量高、價格高昂的缺點。但由于704x288只是水平分辨率的提升，圖像質(zhì)量提高不是特別明顯。
　　經(jīng)過測試，我們發(fā)現(xiàn)另外一種2CIF分辨率528x384，比704x288能更好解決CIF、4CIF的問題。特別是在512Kbps－1Mbps碼率之間，能獲得穩(wěn)定的高質(zhì)量圖像，滿足用戶較高圖像質(zhì)量的要求。目前這一分辨率已被許多網(wǎng)絡(luò)多媒體廣播所采用，被廣大用戶所接受。比如杭州網(wǎng)通網(wǎng)上影院是采用512x384分辨率,在768k下能穩(wěn)定地獲得近似DVD的圖像質(zhì)量。
　　監(jiān)控中實現(xiàn)視頻編碼的最佳方式
　　目前視頻編碼正處于一個技術(shù)日新月異的時期，視頻編碼的壓縮性能在不斷得到提升。
　　在監(jiān)控中主要使用ASCI和DSP兩種方案。由于ASIC芯片的設(shè)計、生產(chǎn)周期過長，使它已跟不上視頻編碼的發(fā)展速度。而DSP芯片，由于它的通用設(shè)計，使它能實現(xiàn)各種視頻編碼算法，并且可以及時更新視頻編碼器，緊跟視頻編碼的發(fā)展速度。另外使用DSP芯片可以比ASIC更靈活的配置編碼器，使編碼器達(dá)到最佳性能。
　　海康威視產(chǎn)品目前達(dá)到的技術(shù)水準(zhǔn)。
　　�？低暜a(chǎn)品采用最先進(jìn)的H.264視頻壓縮算法和高性能的DSP處理器。
　　強(qiáng)大的H.264視頻壓縮引擎使產(chǎn)品獲得極高的壓縮比、高質(zhì)量的圖像質(zhì)量和良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。高性能的DSP處理器能靈活的配置視頻編/解碼器：動態(tài)設(shè)置分辨率、幀率、碼率、圖像質(zhì)量等；可以雙碼流輸出，達(dá)到本地存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸分別處理的功能。
　　使用TM130X DSP的產(chǎn)品，單個芯片能實時壓縮一路以下分辨率的視頻：SQCIF、QCIF、CIF、2CIF(PAL:704x288或528x384)。
　　使用DM642 DSP的產(chǎn)品，單個芯片能實時壓縮4路以下分辨率的視頻：SQCIF、QCIF、CIF、2CIF(PAL:704x288或528x384)。單個芯片能實時壓縮2路4CIF視頻。

通信詞典解釋