視頻編碼技術的基本原理及其現狀分析

　　目前監控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等幾種視頻編碼技術。對于最終用戶來言他最為關心的主要有：清晰度、存儲量（帶寬）、穩定性還有價格。采用不同的壓縮技術，將很大程度影響以上幾大要素。

　　MJPEG

　　MJPEG（Motion JPEG）壓縮技術，主要是基于靜態視頻壓縮發展起來的技術，它的主要特點是基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化，只單獨對某一幀進行壓縮。

　　MJPEG壓縮技術可以獲取清晰度很高的視頻圖像，可以動態調整幀率、分辨率。但由于沒有考慮到幀間變化，造成大量冗余信息被重復存儲，因此單幀視頻的占用空間較大，目前流行的MJPEG技術最好的也只能做到3K字節/幀，通常要8~20K！

　　MPEG-1/2

　　MPEG-1標準主要針對SIF標準分辨率(NTSC制為352X240；PAL制為352X288)的圖像進行壓縮. 壓縮位率主要目標為1.5Mb/s.較MJPEG技術，MPEG1在實時壓縮、每幀數據量、處理速度上有顯著的提高。但MPEG1也有較多不利地方:存儲容量還是過大、清晰度不夠高和網絡傳輸困難。

　　MPEG-2 在MPEG-1基礎上進行了擴充和提升，和MPEG-1向下兼容，主要針對存儲媒體、數字電視、高清晰等應用領域，分辨率為：低(352x288)，中(720x480)，次高(1440x1080)，高(1920x1080)。MPEG-2視頻相對MPEG-1提升了分辨率，滿足了用戶高清晰的要求，但由于壓縮性能沒有多少提高，使得存儲容量還是太大，也不適和網絡傳輸。

　　MPEG-4

　　MPEG-4視頻壓縮算法相對于MPEG-1/2在低比特率壓縮上有著顯著提高，在CIF（352*288）或者更高清晰度（768*576）情況下的視頻壓縮，無論從清晰度還是從存儲量上都比MPEG1具有更大的優勢，也更適合網絡傳輸。另外MPEG-4可以方便地動態調整幀率、比特率，以降低存儲量。

　　MPEG-4由于系統設計過于復雜，使得MPEG-4難以完全實現并且兼容，很難在視頻會議、可視電話等領域實現，這一點有點偏離原來地初衷。另外對于中國企業來說還要面臨高昂的專利費問題，目前規定：

　　1、每臺解碼設備需要交給MPEG-LA 0.25美元

　　2、編碼/解碼設備還需要按時間交費（4美分/天=1.2美元/月 =14.4美元/年）

　　H.264/AVC

　　H.264集中了以往標準的優點，在許多領域都得到突破性進展，使得它獲得比以往標準好得多整體性能：

　　1、和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可節省50％的碼率，使存儲容量大大降低；

　　2、 H.264在不同分辨率、不同碼率下都能提供較高的視頻質量；

　　3、 采用“網絡友善”的結構和語法，使其更有利于網絡傳輸。

　　H.264采用簡潔設計,使它比MPEG4更容易推廣，更容易在視頻會議、視頻電話中實現，更容易實現互連互通，可以簡便地和G.729等低比特率語音壓縮組成一個完整的系統。

　　MPEG LA吸收MPEG-4的高昂專利費而使它難以推廣的教訓，MPEG LA制定了以下低廉的H.264收費標準：H.264廣播時基本不收費；產品中嵌入H.264編/解碼器時，年產量10萬臺以下不收取費，超過10萬臺每臺收取0.2美元，超過500萬臺每臺收取0.1美元。低廉的專利費使得中國H.264監控產品更容易走向世界。

監控中視頻編碼分辨率的選擇

　　目前監控行業中主要使用以下分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF。

　　SQCIF和QCIF的優點是存儲量低，可以在窄帶中使用，使用這種分辨率的產品價格低廉；缺點是圖像質量往往很差、不被用戶所接受。

　　CIF是目前監控行業的主流分辨率，它的優點是存儲量較低，能在普通寬帶網絡中傳輸，價格也相對低廉，它的圖像質量較好，被大部分用戶所接受。缺點是圖像質量不能滿足高清晰的要求。

　　4CIF是標清分辨率，它的優點是圖像清晰。缺點是存儲量高，網絡傳輸帶寬要求很高，價格也較高。

分辨率新的選擇－528x384

　　2CIF（704x288）已被部分產品采用，用來解決CIF清晰度不夠高和4CIF存儲量高、價格高昂的缺點。但由于704x288只是水平分辨率的提升，圖像質量提高不是特別明顯。

　　經過測試，我們發現另外一種2CIF分辨率528x384，比704x288能更好解決CIF、4CIF的問題。特別是在512Kbps－1Mbps碼率之間，能獲得穩定的高質量圖像，滿足用戶較高圖像質量的要求。目前這一分辨率已被許多網絡多媒體廣播所采用，被廣大用戶所接受。比如杭州網通網上影院是采用512x384分辨率,在768k下能穩定地獲得近似DVD的圖像質量。

　　監控中實現視頻編碼的最佳方式

　　目前視頻編碼正處于一個技術日新月異的時期，視頻編碼的壓縮性能在不斷得到提升。

　　在監控中主要使用ASCI和DSP兩種方案。由于ASIC芯片的設計、生產周期過長，使它已跟不上視頻編碼的發展速度。而DSP芯片，由于它的通用設計，使它能實現各種視頻編碼算法，并且可以及時更新視頻編碼器，緊跟視頻編碼的發展速度。另外使用DSP芯片可以比ASIC更靈活的配置編碼器，使編碼器達到最佳性能。

　　?？低?/u>產品目前達到的技術水準

　　?？低暜a品采用最先進的H.264視頻壓縮算法和高性能的DSP處理器。

　　強大的H.264視頻壓縮引擎使產品獲得極高的壓縮比、高質量的圖像質量和良好的網絡傳輸性能。高性能的DSP處理器能靈活的配置視頻編/解碼器：動態設置分辨率、幀率、碼率、圖像質量等；可以雙碼流輸出，達到本地存儲和網絡傳輸分別處理的功能。

　　使用TM130X DSP的產品，單個芯片能實時壓縮一路以下分辨率的視頻：SQCIF、QCIF、CIF、2CIF(PAL:704x288或528x384)。

　　使用DM642 DSP的產品，單個芯片能實時壓縮4路以下分辨率的視頻：SQCIF、QCIF、CIF、2CIF(PAL:704x288或528x384)。單個芯片能實時壓縮2路4CIF視頻。

　　1、基本概念：嵌入式、實時與多任務

　　a、嵌入式：軟件(包括操作系統和功能軟件)集成于硬件系統之中，簡單的說就是軟件與硬件一體的系統。

　　b、實時：在規定的時限內響應事件。超時的響應是失敗的響應。

　　c、多任務：同時響應多個請求

　　d、實時系統與分時系統：

　　實時與非實時相對

　　分時與非分時(獨占)相對

　　2、嵌入式硬盤錄像機的特點

　　a、嵌入式、實時、多任務設備

　　b、軟硬件專業性強，無多余功能

　　c、結構簡單緊湊，體積小
嵌入式硬盤錄像機技術難點?

　　1、硬盤管理

　　硬盤記錄數據的有效性、可快速檢索、錯誤恢復能力、硬盤的使用壽命（無論是嵌入式還是PC式DVR，目前硬盤管理問題沒有得到有效解決）

　　2、網絡傳輸

　　硬盤錄像機：網絡管理

　　視頻：網絡傳輸

　　3、視頻編解碼

　　視頻編解碼及其輔助功能的實現
嵌入式硬盤錄像機現狀?

　　1、國內品牌為主

　　a 、不同的技術要求和標準

　　b、客戶定制化服務的要求越來越高

　　c、及時的技術支持和售后服務

　　2、廠商越來越多，競爭非常激烈

　　3、產品正逐步走向成熟

七、嵌入式硬盤錄像機發展趨勢?

　　1、更廣的應用領域

　　2、更高的幀率、分辨率

　　3、更低的碼率

　　4、更豐富的功能

　　5、更強的主機性能，支持更多通道

　　6、更高的可*性

　　7、更強的網絡性能

　　8、與基于PC機的DVR長期共存
市場背景

　　伴隨著計算機及網絡技術的飛速發展，尤其視頻編解碼技術的日益成熟、計算機處理能力的快速提高、以及寬帶的逐漸普及，基于Internet的視頻網絡實時應用在許多行業和政府部門被大范圍采用，尤其是銀行、廣電、石油、電力等行業，出現了許多成功案例。

　　提到基于Internet的視頻網絡實時應用，我們可能更多地會想到可視電話及視頻會議系統、電視網絡實況轉播、遠程教育等。這些Internet視頻實時應用對軟硬件的性能要求很高，要求既達到較高的幀率，又達到較低的碼率，所以需要足夠強大的處理能力（包括算法及芯片處理能力）。而要具備這種處理能力，往往需要昂貴的專用設備。

　　對于安防所涉及的數字視頻網絡監控系統，由于行業特性所決定，數據采集點較多，需要相應配置大量的編碼設備，因此，與其他視頻網絡實時應用相比，價格成為一個相對比較敏感的因素。

　　以往的數字視頻網絡監控系統，基本上都是基于局域網或者專網。但是實際應用環境卻很難保證這樣的網絡條件，因此系統集成商無法給用戶提供一個完整的解決方案。

　　例如銀行的ATM機數字集中式監控系統，就可能需要提供基于Internet的解決方案：寬帶為主，窄帶為輔。

　　首先ATM機原來預留的專網入口需要傳輸業務數據，考慮到ATM機24小時在線的業務服務和24小時視頻監控的要求，我們很難提供一種解決方式，在同一個專網上，既保證業務數據傳輸穩定，又保證監控畫面流暢，因此，我們需要考慮從寬帶運營商租用線路，通過寬帶傳輸視頻數據。而且，從運行模式和成本上考慮，很多ATM機并不需要隨時傳輸視頻數據，往往只在異常發生的情況下，主動要求監控中心切換監控點；或者在監控中心定時巡查各監控點的時候才需要在線。這種情況下，就不需要為ATM機常年租用線路，只需要開通ADSL、ISDN、甚至通過電話線連接的方式。

　　近兩年，國內廠商不斷推出高性能、高性價比的視音頻壓縮卡和嵌入式網絡監控設備，使得基于Internet的數字視頻網絡監控系統成為可能，如上述ATM機數字集中式監控系統。