浅谈:视频编解码技术 发展历程与未来趋势

2016-05-23 16:44:59 来源:安全&自动化
安全自动化杂志征稿

[摘要] 视觉是人类获取信息的主要途径,图像与视频在人与计算机的交互过程中扮演着重要的角色。进入21世纪以后,人们面临的是一个高速发展的信息化社会。数字化后的信息,尤其是数字化后的图像和视频信息具有数据海量性的特征,给数据存储和传输造成了非常大的困难。

  视觉是人类获取信息的主要途径,图像与视频在人与计算机的交互过程中扮演着重要的角色。进入21世纪以后,人们面临的是一个高速发展的信息化社会。数字化后的信息,尤其是数字化后的图像和视频信息具有数据海量性的特征,给数据存储和传输造成了非常大的困难。基于现有的音视频压缩技术的不足,研究和开发新型有效的多媒体数据压缩编解码技术,以压缩的形式存储和传输这些数据刻不容缓。

  ■ 文/向中记 肖莉 (现任职于金三立视频科技(深圳)有限公司)

  视频压缩技术MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.264等数字算法已被引入安防视频监控领域,随着网络技术的进步,编解码技术的更新一次次地改变着安防监控行业的历史,推动着安防行业向深度和广度发展。而MPEG-4和H.264等视频压缩标准面临着网络及存储带来的双重压力,间接阻碍着安防视频的进一步发展,安防视频需要更高效的压缩技术来推进安防产业的发展。因此,开发符合当下及未来发展的新型视频压缩技术显得尤为重要。
(本文作者现任职于金三立视频科技(深圳)有限公司)

  各编解码技术优缺点对比

  视频监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC、VC-1、RealVideo等几种视频编解码技术。对于最终用户而言,他们最为关心的有:清晰度、存储量(带宽)、稳定性还有价格,而不同的压缩技术,会很大程度影响这几个要素。与其他几种编解码技术相比H.264由于编解码更为简便,画质效果更好得到广泛的应用。但总的来说,这几种编解码技术各有优缺点:

  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,动态调整帧率、分辨率。但由于没有考虑到帧间变化,会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。

  MPEG-1标准, 帧内/帧间图像数据压缩技术必须同时使用。帧内压缩算法与JPEG压缩算法大致相同,采用基于DCT的变换编码技术,用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法,采用预测法和插补法。预测误差可在通过DCTB变换编码处理,进一步压缩。帧间编码技术可减少时间轴方向的冗余信息.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.与MJPEG技术相比较,MPEG1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高,但也存在许多不足之处:存储容量过大、清晰度不够高等。

  MPEG-2在MPEG-1基础上进行了扩充和提升,分辨率有:低(352x288)、中(720x480)、次高(1440x1080)、高(1920x1080)几个等级。MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率,满足了用户对高清晰度的要求,但由于压缩性能没有显著提高,使得存储容量还是太大,并不适合网络传输。

  MPEG-4视频压缩算法,与前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同,它定义的是一种格式、一种框架,而不是具体算法。相对于MPEG-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可以方便地进行动态调整帧率、比特率,以降低存储量。但由于系统设计过于复杂,使得MPEG-4的功能难以完全实现,也难以与其他程序完全兼容,很难在视频会议、可视电话等领域应用,这一问题偏离了设计者的初衷,另外高昂的专利费问题也制约其进一步发展。

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[责任编辑:王勇]

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