分析網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)核心技術(shù)

    壓縮方式是網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的核心技術(shù)，壓縮方式很大程度上決定著圖像的質(zhì)量、壓縮比、傳輸效率、傳輸速度等性能，它是評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)性能優(yōu)劣的重要一環(huán)。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，相繼推出了許多壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，目前主要有JPEG/M-JPEG、H.261/H.263和MPEG等標(biāo)準(zhǔn)。

    1、JPEG/M-JPEG

    ①、JPEG是一種靜止圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它是一種標(biāo)準(zhǔn)的幀內(nèi)壓縮編碼方式。當(dāng)硬件處理速度足夠快時(shí)，JPEG能用于實(shí)時(shí)動(dòng)圖像的視頻壓縮。在畫(huà)面變動(dòng)較小的情況下能提供相當(dāng)不錯(cuò)的圖像質(zhì)量，傳輸速度快，使用相當(dāng)安全，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量較大。

    ②、M-JPEG源于JPEG壓縮技術(shù)，是一種簡(jiǎn)單的幀內(nèi)JPEG壓縮，壓縮圖像質(zhì)量較好，在畫(huà)面變動(dòng)情況下無(wú)馬賽克，但是由于這種壓縮本身技術(shù)限制，無(wú)法做到大比例壓縮，錄像時(shí)每小時(shí)約1-2GB空間，網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)需要2M帶寬，所以無(wú)論錄像或網(wǎng)絡(luò)發(fā)送傳輸，都將耗費(fèi)大量的硬盤(pán)容量和帶寬，不適合長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)錄像的需求，不大實(shí)用于視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

    2、H.261/H.263

    ①、H.261標(biāo)準(zhǔn)通常稱(chēng)為P*64，H.261對(duì)全色彩、實(shí)時(shí)傳輸動(dòng)圖像可以達(dá)到較高的壓縮比，算法由幀內(nèi)壓縮加前后幀間壓縮編碼組合而成，以提供視頻壓縮和解壓縮的快速處理。由于在幀間壓縮算法中只預(yù)測(cè)到后1幀，所以在延續(xù)時(shí)間上比較有優(yōu)勢(shì)，但圖像質(zhì)量難以做到很高的清晰度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大壓縮比和變速率錄像等。

    ②、H.263的基本編碼方法與H.261是相同的，均為混合編碼方法，但H.263為適應(yīng)極低碼率的傳輸，在編碼的各個(gè)環(huán)節(jié)上作了改進(jìn)，如以省碼字來(lái)提高編碼圖像的質(zhì)量，此外，H.263還吸取了MPEG的雙向運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)等措施，進(jìn)一步提高幀間編碼的預(yù)測(cè)精度，一般說(shuō)，在低碼率時(shí)，采用H.263只要一半的速率可獲得和H.261相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量。

    3、MPEG

    MPEG是壓縮運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它采用了幀間壓縮，僅存儲(chǔ)連續(xù)幀之間有差別的地方，從而達(dá)到較大的壓縮比。MPEG現(xiàn)有MPEG—1、MPEG—2和MPEG—4三個(gè)版本，以適應(yīng)于不同帶寬和圖像質(zhì)量的要求。

    ①、MPEG—1的視頻壓縮算法依賴(lài)于兩個(gè)基本技術(shù)，一是基于16*16（像素*行）塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，二是基于變換域的壓縮技術(shù)來(lái)減少空域冗余度，壓縮比相比M-JPEG要高，對(duì)運(yùn)動(dòng)不激烈的視頻信號(hào)可獲得較好的圖像質(zhì)量，但當(dāng)運(yùn)動(dòng)激烈時(shí)，圖像會(huì)產(chǎn)生馬賽克現(xiàn)象。MPEG-1以1.5Mbps的數(shù)據(jù)率傳輸視音頻信號(hào)，MPEG-1在視頻圖像質(zhì)量方面相當(dāng)于VHS錄像機(jī)的圖像質(zhì)量，視頻錄像的清晰度的彩色模式≥240TVL,兩路立體聲伴音的質(zhì)量接近CD的聲音質(zhì)量。MPEG-1是前后幀多幀預(yù)測(cè)的壓縮算法，具有很大的壓縮靈活性，能變速率壓縮視頻，可視不同的錄像環(huán)境，設(shè)置不同的壓縮質(zhì)量，從每小時(shí)80MB至400MB不等，但數(shù)據(jù)量和帶寬還是比較大。

    ②、MPEG-2它是獲得更高分辨率（720*572）提供廣播級(jí)的視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。

    MPEG-2作為MPEG-1的兼容擴(kuò)展，它支持隔行掃描的視頻格式和許多高級(jí)性能包括支持多層次的可調(diào)視頻編碼，適合多種質(zhì)量如多種速率和多種分辨率的場(chǎng)合。它適用于運(yùn)動(dòng)變化較大，要求圖像質(zhì)量很高的實(shí)時(shí)圖像。對(duì)每秒30幀、720*572分辨率的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮，數(shù)據(jù)率可達(dá)3-10Mbps。由于數(shù)據(jù)量太大，不適合長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)錄像的需求。

    ③、MPEG-4是為移動(dòng)通信設(shè)備在Internet網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸視音頻信號(hào)而制定的低速率、高壓縮比的視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是面向?qū)ο蟮膲嚎s方式，不是像MPEG-1和MPEG-2那樣簡(jiǎn)單地將圖像分為一些像塊，而是根據(jù)圖像的內(nèi)容，其中的對(duì)象（物體、人物、背景）分離出來(lái)，分別進(jìn)行幀內(nèi)、幀間編碼，并允許在不同的對(duì)象之間靈活分配碼率，對(duì)重要的對(duì)象分配較多的字節(jié)，對(duì)次要的對(duì)象分配較少的字節(jié)，從而大大提高了壓縮比，在較低的碼率下獲得較好的效果，MPEG-4支持MPEG-1、MPEG-2中大多數(shù)功能，提供不同的視頻標(biāo)準(zhǔn)源格式、碼率、幀頻下矩形圖形圖像的有效編碼。

    總之，MPEG-4有三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

    ①、具有很好的兼容性；

    ②、MPEG-4比其他算法提供更好的壓縮比，最高達(dá)200：1；

    ③、MPEG-4在提供高壓縮比的同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的損失很小。所以，MPEG-4的應(yīng)用能大幅度的降低錄像存儲(chǔ)容量，獲得較高的錄像清晰度，特別適用于長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)錄像的需求，同時(shí)具備在低帶寬上優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。

    4，H.264是ITU-T的VCEG（視頻編碼專(zhuān)家組）和ISO/IEC的MPEG（活動(dòng)圖像編碼專(zhuān)家組）的聯(lián)合視頻組（JVT：jointvideoteam）開(kāi)發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。1998年1月份開(kāi)始草案征集，1999年9月，完成第一個(gè)草案，2001年5月制定了其測(cè)試模式TML-8，2002年6月的JVT第5次會(huì)議通過(guò)了H.264的FCD板。目前該標(biāo)準(zhǔn)還在開(kāi)發(fā)之中，預(yù)計(jì)明年上半年可正式通過(guò)。

    H.264和以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是DPCM加變換編碼的混合編碼模式。但它采用“回歸基本”的簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)，不用眾多的選項(xiàng)，獲得比H.263++好得多的壓縮性能；加強(qiáng)了對(duì)各種信道的適應(yīng)能力，采用“網(wǎng)絡(luò)友好”的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法，有利于對(duì)誤碼和丟包的處理；應(yīng)用目標(biāo)范圍較寬，以滿(mǎn)足不同速率、不同解析度以及不同傳輸（存儲(chǔ)）場(chǎng)合的需求；它的基本系統(tǒng)是開(kāi)放的，使用無(wú)需版權(quán)。

    在技術(shù)上，H.264標(biāo)準(zhǔn)中有多個(gè)閃光之處，如統(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼，高精度、多模式的位移估計(jì)，基于4×4塊的整數(shù)變換、分層的編碼語(yǔ)法等。這些措施使得H.264算法具有很的高編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比H.263節(jié)約50％左右的碼率。H.264的碼流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)，增加了差錯(cuò)恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

    其實(shí)現(xiàn)在多數(shù)的什么H.264都是H.263＋＋通過(guò)改進(jìn)后的算法，是壓縮率變的小了點(diǎn)！如果是從單個(gè)畫(huà)面清晰度比較，MPEG4有優(yōu)勢(shì)；從動(dòng)作連貫性上的清晰度，H.264有優(yōu)勢(shì)！