视频编码技术
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
视频编码技术
所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术,将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263,运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准,此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。
目前监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/A VC、VC-1、RealVideo等几种视频编码技术。对于最终用户来言他最为关心的主要有:清晰度、存储量(带宽)、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术,将很大程度影响以上几大要素。
MJPEG
MJPEG(Motion JPEG)压缩技术,主要是基于静态视频压缩发展起来的技术,它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化,只单独对某一帧进行压缩。
MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像,可以动态调整帧率、分辨率。但由于没有考虑到帧间变化,造成大量冗余信息被重复存储,因此单帧视频的占用空间较大,目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K字节/帧,通常要8~20K!
MPEG-1/2
MPEG-1标准主要针对SIF标准分辨率(NTSC制为352X240;PAL制为352X288)的图像进行压缩. 压缩位率主要目标为 1.5Mb/s.较MJPEG技术,MPEG1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高。但MPEG1也有较多不利地方:存储容量还是过大、清晰度不够高和网络传输困难。
MPEG-2 在MPEG-1基础上进行了扩充和提升,和MPEG-1向下兼容,主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域,分辨率为:低(352x288),中(720x480),次高(1440x1080),高(1920x1080)。MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率,满足了用户高清晰的要求,但由于压缩性能没有多少提高,使得存储容量还是太大,也不适合网络传输。
MPEG-4
MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高,在CIF(352*288)或者更高清晰度(768*576)情况下的视频压缩,无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势,也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率,以降低存储量。
MPEG-4由于系统设计过于复杂,使得MPEG-4难以完全实现并且兼容,很难在视频会议、可视电话等领域实现,这一点有点偏离原来地初衷。另外对于中国企业来说还要面临高昂的专利费问题,目前规定:
-每台解码设备需要交给MPEG-LA 0.25美元。
-编码/解码设备还需要按时间交费(4美分/天=1.2美元/月=14.4美元/年)。
H.264/A VC
视频压缩国际标准主要有由ITU-T制定的H.261、H.262、H.263、H.264和由MPEG制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4,其中H.262/MPEG-2和
H.264/MPEG-4 AVC由ITU-T与MPEG联合制定。
从简单来说H.264就是一种视频编码技术,与微软的WMV9都属于同一种技术也就是压缩动态图像数据的“编解码器”程序。
一般来说,如果动态图像数据未经压缩就使用的话,数据量非常大,容易造成通信线路故障及数据存储容量紧张。因此,在发送动态图像时、或者把影像内容保存在DVD上时、以及使用存储介质容量较小的数码相机或相机手机拍摄映像时,就必须使用编解码器。虽然编解码器有许多种类,但DVD-Video与微波数字电视等使用的主要是MPEG2,数码相机等摄像时主要使用MPEG4。
既然作为压缩视频编码技术,H.264最大的作用对视频的压缩了。我们熟悉的MPEG2也就是最常用的DVD视频编码技术已经比较落后。
对于最希望看到的HDTV的节目如果播放时间在2小时左右的话,使用MPEG2最小只能压缩至30GB,而使用H.264、WMV9这样的高压缩率编解码器,在画质丝毫不降的前提下可压缩到15GB以下。
上面的例子可以看出H.264的技术优势了,一般来说H.264的数据压缩率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。从理论上来说,在相同画质、相同容量的情况下,可比目前的DVD光盘多保存2倍以上时间的影像。有望作为电影与音乐会等映像内容与便携设备的编解码器广泛使用。预计支持该技术的产品与服务将于2004年内问世。
大家是否都能记得当年的视频解压卡,也就是我们说的DVD/VCD解压缩卡,这个东西的原理很简单,就是板卡上安装了DSP芯片,而这个芯片唯一的功能就是用来针对特殊格式的编码进行解压缩,当后来显卡的性能逐渐增强可以满足视频播放需要的时候,视频解压缩卡也就消失的不见了。
而ATI的做法就是最新的R520 VPU内就包含了H.264解码技术,这种特殊的算法直接交给显卡VPU来运算,而不是完全交给CPU处理,这样就可以解放出CPU进行更多其他复杂的运算。
H.264集中了以往标准的优点,在许多领域都得到突破性进展,使得它获得比以往标准好得多整体性能:
-和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可节省50%的码率,使存储容量大大降低;
-H.264在不同分辨率、不同码率下都能提供较高的视频质量;
-采用“网络友善”的结构和语法,使其更有利于网络传输。
H.264采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广,更容易在视频会议、视频电话中实现,更容易实现互连互通,可以简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个完整的系统。
MPEG LA吸收MPEG-4的高昂专利费而使它难以推广的教训,MPEG LA制定了以下低廉的H.264收费标准:H.264广播时基本不收费;产品中嵌入H.264编/解码器时,年产量10万台以下不收取费,超过10万台每台收取0.2美元,超过500万台每台收取0.1美元。低廉的专利费使得中国H.264监控产品更容易走向世界。
H.264发展历史
随着NGN、3G及3G演进和NGBW等对视频、多媒体业务与网络应用的飞速发展需求,作为视频业务及存储应用核心技术的高效率视频数字压缩编技术,愈来愈引起人们的关注,成为目前广播、视频与多媒体通信领域中的亮点与热点,这其中H.264视频编码标准更是耳熟能详的一个名字。