視頻監控高清圖像編碼的四個標準
高清視頻(pin)編碼(ma)最常用(yong)的編碼(ma)格式是(shi)MPEG2-TS、MPEG4、H.264和VC-1這四種算法(fa)。MPEG2由MPEG(Moving Picture Experts Group)運動圖像專家(jia)組制(zhi)定(ding),這是(shi)國際標準(zhun)(zhun)化(hua)組織(ISO)于1988年(nian)成立的專責制(zhi)定(ding)有關運動壓縮(suo)編碼(ma)標準(zhun)(zhun)的工(gong)作組,制(zhi)定(ding)的標準(zhun)(zhun)是(shi)國際通用(yong)標準(zhun)(zhun)。DVD即是(shi)MPEG2編碼(ma),隨著(zhu)技術(shu)的改進(jin),它(ta)在高清視頻(pin)方面也得到了應用(yong)。MPEG2最大的缺點(dian)(dian)就(jiu)是(shi)文(wen)件體積過大,不過它(ta)也有一個優點(dian)(dian),那就(jiu)是(shi)相(xiang)對于另(ling)外(wai)兩種編碼(ma),它(ta)對于系統資源(yuan)的消耗是(shi)最小的。但是(shi)隨著(zhu)硬件技術(shu)的發展,H.264和VC-1的解碼(ma)必然會(hui)成為DVD那樣,任(ren)何主流(liu)的配置都(dou)能流(liu)暢播放。
MPEG4主要用于低帶寬(kuan)應用和交(jiao)互(hu)式(shi)圖形應用(游戲等合成(cheng)內容)、交(jiao)互(hu)式(shi)多(duo)媒體(WWW等內容分發(fa)和訪問技術)應用,MPEG專家(jia)組成(cheng)立了MPEG4工(gong)作組,以(yi)促進上述三(san)個領域的(de)集(ji)成(cheng)。1999年(nian)初,定義(yi)標準(zhun)框架的(de)MPEG4(第(di)(di)一(yi)版(ban))成(cheng)為國(guo)際標準(zhun)(ISO/IEC14496-1),提供多(duo)種算法和工(gong)具的(de)第(di)(di)二版(ban)已于1999年(nian)底成(cheng)為國(guo)際標準(zhun)(ISO/IEC14496-2)。H.264也許是最有前(qian)途的(de)一(yi)個了,相對于MPEG2、MPEG4而言,其壓縮(suo)效率(lv)是三(san)種編碼中最高的(de)。
H.264標(biao)準由(you)國際電信聯盟電信標(biao)準化部(ITU-T)和(he)國際標(biao)準化組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)/國際電工委員(yuan)會(hui)(ISO/IEC)共同研究發布,因此H.264有兩個名稱,一個是(shi)沿用ITU-T組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的H.26x名稱,叫“H.264”,另(ling)一個則是(shi)AVC(高級視頻(pin)編(bian)碼)。H.264格式的最大(da)特點是(shi)在(zai)(zai)(zai)保(bao)證畫面質量的情況下,它可(ke)以把文件大(da)小控制在(zai)(zai)(zai)MPEG2格式的二分之(zhi)一甚至三分之(zhi)一。所以其更(geng)高的壓(ya)縮比、更(geng)好的IP和(he)無線網(wang)絡(luo)信道的適應性(xing),在(zai)(zai)(zai)數字視頻(pin)通(tong)信和(he)存儲領域得到(dao)越(yue)來越(yue)廣泛(fan)的應用。但是(shi)需(xu)要(yao)注意的是(shi),H.264獲得優越(yue)性(xing)能的代價是(shi)計算復雜度增(zeng)加,因此H.264的硬件要(yao)求是(shi)最高的。
微軟公司在2003年9月提出了(le)VC-1編(bian)碼(ma)(ma)格(ge)式(開發代號Corona),目(mu)前已經得(de)到(dao)了(le)Movie eam、Modeo等(deng)不少公司的(de)(de)(de)(de)(de)采(cai)納,同時(shi)也包(bao)含在HDDVD和(he)藍光(guang)中,包(bao)括華納和(he)環(huan)球等(deng)影業公司也有(you)采(cai)用(yong)這種(zhong)格(ge)式的(de)(de)(de)(de)(de)意向。VC-1基于(yu)微軟windows Media Video9(WMV9)格(ge)式,而WMV9格(ge)式現在已經成為VC-1標(biao)準(zhun)的(de)(de)(de)(de)(de)實際(ji)執行部分。VC-1是(shi)最后被認可的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)清編(bian)碼(ma)(ma)格(ge)式,因為有(you)微軟的(de)(de)(de)(de)(de)后臺,所(suo)以(yi)這種(zhong)編(bian)碼(ma)(ma)格(ge)式不能小(xiao)窺,相對于(yu)MPEG2,VC-1的(de)(de)(de)(de)(de)壓縮比更高(gao);但相對于(yu)H.264而言,編(bian)碼(ma)(ma)解碼(ma)(ma)的(de)(de)(de)(de)(de)計算(suan)則要(yao)稍(shao)小(xiao)一些。AVS是(shi)基于(yu)我(wo)國(guo)自主(zhu)(zhu)創新技術和(he)國(guo)際(ji)公開技術所(suo)構建的(de)(de)(de)(de)(de)標(biao)準(zhun),主(zhu)(zhu)要(yao)面向高(gao)清晰(xi)度(du)和(he)高(gao)質量(liang)數字(zi)電視(shi)廣播、網絡電視(shi)、數字(zi)存儲媒體(ti)和(he)其(qi)他相關應(ying)用(yong),具(ju)有(you)性能高(gao)(與H.264相當)、復雜(za)度(du)低(算(suan)法復雜(za)度(du)比H.264明顯低)、我(wo)國(guo)掌握主(zhu)(zhu)要(yao)知識產權(quan)、專(zhuan)利授(shou)權(quan)模(mo)式簡單且費(fei)用(yong)低等(deng)特點。基于(yu)此,可以(yi)認為AVS標(biao)準(zhun)是(shi)能夠支撐(cheng)國(guo)家數字(zi)音視(shi)頻(pin)產業發展的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)標(biao)準(zhun),也是(shi)安防監(jian)控行業應(ying)該采(cai)納的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)標(biao)準(zhun)。
JPEG2000是一(yi)(yi)(yi)種圖像(xiang)(xiang)(xiang)編(bian)(bian)碼格式,而并不(bu)是視頻編(bian)(bian)碼格式,設計之初(chu)是用(yong)于取代JPEG,而視頻序列的(de)(de)每一(yi)(yi)(yi)幀畫面(mian)也相(xiang)(xiang)當于是一(yi)(yi)(yi)幅圖像(xiang)(xiang)(xiang),與其前(qian)輩(bei)JPEG相(xiang)(xiang)比(bi)(bi),JPEG2000放(fang)棄(qi)了以離散(san)余(yu)弦變(bian)換DCT為主的(de)(de)區(qu)(qu)塊編(bian)(bian)碼方(fang)(fang)式,而改為采用(yong)以小波(bo)變(bian)換為主的(de)(de)多解析(xi)編(bian)(bian)碼方(fang)(fang)式,壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)率比(bi)(bi)JPEG高(gao)(gao)約30%左(zuo)右,同時JPEG2000支持有損(sun)和無損(sun)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)。JPEG2000有幾個重(zhong)要特性,支持“漸進傳(chuan)輸”及“感(gan)興趣區(qu)(qu)域編(bian)(bian)碼”。在清晰(xi)度方(fang)(fang)面(mian),它(ta)可(ke)以先解碼一(yi)(yi)(yi)副畫面(mian)的(de)(de)四分之一(yi)(yi)(yi)尺寸(cun),然(ran)后再二分之一(yi)(yi)(yi),最后解碼出(chu)整幅畫面(mian);在圖像(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)方(fang)(fang)面(mian),它(ta)可(ke)以先傳(chuan)輸圖像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)輪(lun)廓,然(ran)后逐步傳(chuan)輸數據,不(bu)斷提高(gao)(gao)圖像(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang),讓(rang)圖像(xiang)(xiang)(xiang)由朦朧到清晰(xi)顯示(shi);“感(gan)興趣區(qu)(qu)域”是指(zhi)用(yong)戶(hu)可(ke)以任意指(zhi)定圖像(xiang)(xiang)(xiang)上(shang)感(gan)興趣區(qu)(qu)域的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)質量(liang),還可(ke)以選擇指(zhi)定的(de)(de)部(bu)份先解壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo),便于突出(chu)重(zhong)點。但JPEG2000計算量(liang)太大,壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)率不(bu)高(gao)(gao),目(mu)前(qian)很難在嵌(qian)入式實(shi)時系統(tong)中實(shi)現,對存(cun)儲傳(chuan)輸也提出(chu)了較高(gao)(gao)的(de)(de)要求,目(mu)前(qian)僅有一(yi)(yi)(yi)些高(gao)(gao)清專用(yong)系統(tong)采用(yong)了這(zhe)個算法。
在編(bian)(bian)(bian)(bian)碼芯片上(shang),一(yi)般(ban)有(you)DSP、ASIC等可(ke)供選(xuan)擇(ze)。DSP方(fang)案,如(ru)達芬(fen)奇數(shu)字(zi)媒體處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)TMS320DM6467,是(shi)基(ji)于DSP的(de)(de)SOC(片上(shang)系(xi)統(tong)),集(ji)成(cheng)了(le)300MHz的(de)(de)ARM內(nei)核和600MHz的(de)(de)DSP內(nei)核,并采用高(gao)清視頻協(xie)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi),在執行H.264HP(1080p30fps、1080i60fps、720p60fps)的(de)(de)同步多(duo)格(ge)式(shi)高(gao)清編(bian)(bian)(bian)(bian)碼、解(jie)碼與轉碼方(fang)面,表現(xian)出色。還有(you)一(yi)款(kuan)高(gao)清入門級的(de)(de)TI芯片DM355,它內(nei)置(zhi)了(le)編(bian)(bian)(bian)(bian)解(jie)碼算法實現(xian),能(neng)夠以(yi)720p格(ge)式(shi)與每(mei)秒30幀(zhen)的(de)(de)速(su)度(du)提供高(gao)清MPEG4SP編(bian)(bian)(bian)(bian)解(jie)碼能(neng)力,是(shi)快速(su)開發入門級高(gao)清編(bian)(bian)(bian)(bian)碼產品(pin)的(de)(de)不錯選(xuan)擇(ze)。ASIC方(fang)案,如(ru)海(hai)思3511的(de)(de)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi),一(yi)款(kuan)基(ji)于ARM9處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)內(nei)核以(yi)及視頻硬件加速(su)引擎的(de)(de)高(gao)性能(neng)通信媒體處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi),具有(you)高(gao)集(ji)成(cheng)、可(ke)編(bian)(bian)(bian)(bian)程(cheng)、支(zhi)持(chi)H.264和MJPEG(MotionJPEG是(shi)一(yi)種視頻壓(ya)縮格(ge)式(shi),其中(zhong)每(mei)一(yi)幀(zhen)圖像都分別使用JPEG編(bian)(bian)(bian)(bian)碼)等多(duo)協(xie)議(yi)的(de)(de)優點,可(ke)廣泛應用于實時視頻通信、數(shu)字(zi)圖像監控、網絡攝像機等領域。
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