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数字视频的编解码技术浅析（中）
编码器的核心部分就是压缩算法芯片，此芯片内将根据上述各种既定算法对模数转换后的原始数字视频流进行压缩计算，然后输出到网络传输模块传送到网络。对于开发实力不强的厂家来说，他们通常采购已经内置了固定算法的处理芯片(ASIC)来生产数字摄像机，这种芯片在市场上可以购买得到，内置的算法是现成的，厂家不需要做二次开发直接使用即可，但这种方式的弊端是算法相对固定，且被固化在芯片中，厂家即使发现算法不合理，也不能对其进行改善，这些算法通常是较为通用的压缩算法，芯片的制造商认为其内置的压缩算法可以满足市场上一般的应用。对于具有较强开发实力的厂家来说，他们的做法通常是购买通用的高性能数字信号处理芯片(DSP)，而根据项目实际或者根据长期的开发经验把自己认为较好的压缩算法写入这些空白芯片。这样做的好处是显而易见的，数字摄像机厂商可以根据市场的要求或者自己对技术的理解开发自己的视频压缩算法，但是这对厂家的开发实力提出了较高的要求。值得说明的是，即使对于同一种压缩算法，如果要完全按照算法的标准定义去做开发，难度是巨大的，且算法本身的复杂程度也超出预料，将会造成较大的延时，同时对设备性能要求极高。正因如此，各个厂家也会根据实际需要选择此标准算法下部分算法集做开发以降低开发难度和算法的复杂程度。
由于上述现状的存在，导致了目前数字监控领域的一个极大的不便，就是编解码算法严重不统一，各家的算法千差万别，导致不同厂家的编解码器不能混用。众所周知，纯数字监控系统的核心是一套数字监控管理软件，如果要在PC上观看视频，软件必须取得监控前端的视频SDK开发包才行，所以目前数字系统的管理软件多由数字摄像机制造厂商自己提供。这里会产生一个问题，这些厂商长擅长于硬件制造，其提供的管理软件往往在功能上较为简单，无法完全满足用户的要求。而市场上也有专门做数字视频监控管理软件的厂家，他们善于软件开发且往往具有多年的软件开发经验，他们的软件功能完善，能较好地满足用户的要求，但是他们往往不生产监控前端。于是，每一次数字监控系统的实施中，要么就是用户对管理软件不满意，要么就是专业软件厂商用硬件设备的SDK开发包做二次开发，如果前端使用的设备不同，那么软件厂家就要获得各家的硬件开发包才行，这点在技术上没有难度，但是却增加了开发的成本和周期。前端设备压缩算法的不统一也是数字系统没有达到原来传统模拟监控所达到的开放性的原因之一，在模拟系统中，增加一个前端点，无论是哪家的模拟摄像机都可以顺利接入，但是在数字系统中，如果新接入的不同厂家数字前端无法直接在PC或者解码器上解码输出，无形中，这将限制业主选择不同的设备，不利于增强系统可延续性，也不便于未来的系统扩容和维护。
现阶段数字监控系统的瓶颈在此，这是技术转型期必然出现的问题，随着技术的发展和行业的规范，数字编解码算法必然趋于统一。
软解码和硬解码
解码是编码的逆过程。模数转换后生成的数字视频经过特定算法压缩后将生成压缩数字视频，这样的视频不经过解码计算是无法还原成可见视频的。这里就牵扯到如何解码的问题。从原理上说，解码的过程是编码的逆过程，解码设备把压缩过的视频经过对应的解码算法以及数模转换后还原为原始视频，在PC上或者经过解码器输出。具体来说，如果图像要在PC机上浏览，那么数字监控软件里一定有解码算法，解码的工作将交给计算机的CPU完成。由于CPU还要完成别的工作，解码的工作只是占用计算机CPU的部分资源，换言之，这种类型的解码是一种特殊的应用程序，和大多数运行于PC机操作系统下的应用程序一样，都由计算机的CPU完成。如果一台客户端要同时浏览多路视频，我们就能明显感觉到延时性增加，同时CPU的占有率直线上升，每解一路视频都要耗费PC机CPU的资源，所以对于那些要同时浏览多路高分辨率的数字系统客户端来说，PC的配置性能要求会较高。这种方式就是软解码。而硬解码则有所不同，和编码设备一样，厂商通常采购相应的DSP芯片，把相关解码算法写入这些芯片，这些固化了解码算法的芯片只用来进行视频的解码而不做别的用途，厂家可以利用这些芯片做成特定的硬件设备，也可以做成板卡插入PC机箱内，但是这种做法不再占用PC的CPU资源，完全由本身的解码芯片完成视频解码。
由于这些芯片在处理能力和结构合理性上远不能和PC机的CPU芯片相比，所以，这种硬解码设备的发热量将会很大，同时稳定性不如PC的CPU芯片，但是好在设备专用且成本较低。所有硬件形式的视频解码器或者解码卡都采用硬解码的方式。
其实视频的编码压缩也有硬压缩和软压缩之分，道理和解码类似。当然，解码设备的算法必须和编码器匹配才能保证视频的重现。
[nextpage] 数字视频的延时性
数字视频存在延时性，在目前的条件下，这种延时性可以明显地感觉到。从上述内容中可以发现，数字视频的延时产生于如下几个环节：PCM模数转换、压缩编码、传输、解码和显示。
在这几个环节中，模数转化产生的延时几乎无法察觉，最明显的例子就是数字视频光端机。众所周知，数字视频光端机同样存在PCM数字化的环节，但是经过数字视频光端机传输的视频完全感觉不到延时，这是因为，数字视频光端机的数字化过程中只有PCM模数转换环节而不包括编解码过程，所以，模拟视频的模数变换产生的延时可以忽略不计。顺便说一句，单路数字光端机通常用150M的光模块，这是因为，单路视频数字化后的数据量大概是120M左右，这个规格的光模块刚好满足要求。对于大路数的光端机，光模块通常会采用2.5G的了。同样，显示的延时也是可以忽略不计的。
在方案设计时，就会充分保证网络带宽，所以传输环节产生的延时也可忽略。
如此说来，视频产生延时的环节主要是编解码的过程，且这期间延时的长短和算法的复杂程度有关。算法越复杂，延时性越长，如果设备的性能不高，将会加大视频的延时。目前主流的H.264压缩算法可以在保证视频质量优秀的情况下尽量减少带宽，但是如前所述，这样的优点是以算法的复杂程度为代价的，要想尽量缩短延时，必须提高编解码设备的性能。
事实上，真正的视频编解码技术远比以上描述的复杂，以上只是简要叙述了与数字视频编解码技术相关的一些概念，希望能对读者更好地理解数字视频编解码技术提供一些帮助。
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