轉(zhuǎn)視頻編碼基本框架

1、.轉(zhuǎn) 視頻編碼根本框架視頻編碼的根本框架國際音視頻壓縮標準開展歷程：H.261 H.261標準是為ISDN設(shè)計，主要針對實時編碼和解碼設(shè)計，壓縮和解壓縮的信號延時不超過150ms，碼率px64kbpsp=130。H.261標準主要采用運動補償?shù)膸g預(yù)測、DCT變換、自適應(yīng)量化、熵編碼等壓縮技術(shù)。只有I幀和P幀，沒有B幀，運動估計精度只準確到像素級。支持兩種圖像掃描格式：QCIF和CIF。H.263 H.263標準是甚低碼率的圖像編碼國際標準，它一方面以H.261為根底，以混合編碼為核心，其根本原理框圖和H.261非常相似，原始數(shù)據(jù)和碼流組織也相似；另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些

2、國際標準中有效、合理的部分，如：半像素精度的運動估計、PB幀預(yù)測等，使它性能優(yōu)于H.261。H.263使用的位率可小于64Kb/s,且傳輸比特率可不固定變碼率。H.263支持多種分辨率：SQCIF128x96、QCIF、CIF、4CIF、16CIF。與H.261和H.263相關(guān)的國際標準；與H.261有關(guān)的國際標準；H.320：窄帶可視 系統(tǒng)和終端設(shè)備；H.221：視聽電信業(yè)務(wù)中641 920Kb/s信道的幀構(gòu)造；H.230：視聽系統(tǒng)的幀同步控制和指示信號；H.242：使用直到2Mb/s數(shù)字信道的視聽終端的系統(tǒng)。與H.263有關(guān)的國際標準；H.324：甚低碼率多媒體通信終端設(shè)備；H.223：甚

3、低碼率多媒體通信復(fù)合協(xié)議；H.245：多媒體通信控制協(xié)議；G.723.1.1：傳輸速率為5.3Kb/s和6.3Kb/s的語音編碼器。JPEG國際標準化組織于1986年成立了JPEGJoint Photographic Expert Group結(jié)合圖片專家小組，主要致力于制定連續(xù)色彩、多級灰度、靜態(tài)圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼標準。常用的基于離散余弦變換DCT的編碼方法，是JPEG算法的核心內(nèi)容。MPEG-1/2 MPEG-1標準用于數(shù)字存儲體上活動圖像及其伴音的編碼，其數(shù)碼率為1.5Mb/s。MPEG-1的視頻原理框圖和H.261的相似。MPEG-1視頻壓縮技術(shù)的特點：1.隨機存取；2.快速正向/逆

4、向搜索；3.逆向重播；4.視聽同步；5.容錯性；6.編/解碼延遲。MPEG-1視頻壓縮策略：為了進步壓縮比，幀內(nèi)/幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)必須同時使用。幀內(nèi)壓縮算法與JPEG壓縮算法大致一樣，采用基于DCT的變換編碼技術(shù)，用以減少空域冗余信息。幀間壓縮算法，采用預(yù)測法和插補法。預(yù)測誤差可在通過DCT變換編碼處理，進一步壓縮。幀間編碼技術(shù)可減少時間軸方向的冗余信息。MPEG-2被稱為"21世紀的電視標準"，它在MPEG-1的根底上作了許多重要的擴展和改進，但根本算法和MPEG-1一樣。MPEG-4 MPEG-4標準并非是MPEG-2的替代品，它著眼于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。MPEG-4的

5、制定初衷主要針對視頻會議、可視 超低比特率壓縮小于64Kb/s的需求。在制定過程中，MPEG組織深深感受到人們對媒體信息，特別是對視頻信息的需求由播放型轉(zhuǎn)向基于內(nèi)容的訪問、檢索和操作。MPEG-4與前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它為多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼提供了更為廣闊的平臺，它定義的是一種格式、一種框架，而不是詳細算法，它希望建立一種更自由的通信與開發(fā)環(huán)境。于是MPEG-4新的目的就是定義為：支持多種多媒體的應(yīng)用，特別是多媒體信息基于內(nèi)容的檢索和訪問，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求，現(xiàn)場配置解碼器。編碼系統(tǒng)也是開放的，可隨時參加新的有效的算法模塊。應(yīng)用范圍包括實時視聽通信、多媒體通信、遠

6、地監(jiān)測/監(jiān)視、VOD、家庭購物/娛樂等。JVT：新一代的視頻壓縮標準JVT是由ISO/IEC MPEG和ITU-T VCEG成立的結(jié)合視頻工作組Joint Video Team，致力于新一代數(shù)字視頻壓縮標準的制定。JVT標準在ISO/IEC中的正式名稱為：MPEG-4 AVCpart10標準；在ITU-T中的名稱：H.264早期被稱為H.26LH.264/AVC H.264集中了以往標準的優(yōu)點，并吸收了以往標準制定中積累的經(jīng)歷,采用簡潔設(shè)計,使它比MPEG4更容易推廣。H.264創(chuàng)造性了多參考幀、多塊類型、整數(shù)變換、幀內(nèi)預(yù)測等新的壓縮技術(shù)，使用了更精細的分象素運動矢量1/4、1/8和新一代的環(huán)

7、路濾波器，使得壓縮性能大大進步，系統(tǒng)更加完善。H.264主要有以下幾大優(yōu)點：-高效壓縮：與H.263+和MPEG4 SP相比，減小50%比特率；-延時約束方面有很好的柔韌性；-容錯才能；-編/解碼的復(fù)雜性可伸縮性；-解碼全部細節(jié)：沒有不匹配；-高質(zhì)量應(yīng)用；-網(wǎng)絡(luò)友善。視頻編碼技術(shù)目前監(jiān)控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4SP/ASP、H.264/AVC等幾種視頻編碼技術(shù)。對于最終用戶來言他最為關(guān)心的主要有：明晰度、存儲量帶寬、穩(wěn)定性還有價格。采用不同的壓縮技術(shù)，將很大程度影響以上幾大要素。MJPEG MJPEGMotion JPEG壓縮技術(shù)，主要是基于靜態(tài)視頻壓縮開展起來的技術(shù)，

8、它的主要特點是根本不考慮視頻流中不同幀之間的變化，只單獨對某一幀進展壓縮。MJPEG壓縮技術(shù)可以獲取明晰度很高的視頻圖像，可以動態(tài)調(diào)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(fù)存儲，因此單幀視頻的占用空間較大，目前流行的MJPEG技術(shù)最好的也只能做到3K字節(jié)/幀，通常要820K！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的圖像進展壓縮.壓縮位率主要目的為1.5Mb/s.較MJPEG技術(shù)，MPEG1在實時壓縮、每幀數(shù)據(jù)量、處理速度上有顯著的進步。但MPEG1也有較多不利地方：存儲容量還是過大、明晰度不夠高和網(wǎng)

9、絡(luò)傳輸困難。MPEG-2在MPEG-1根底上進展了擴大和提升，和MPEG-1向下兼容，主要針對存儲媒體、數(shù)字電視、高明晰等應(yīng)用領(lǐng)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，滿足了用戶高明晰的要求，但由于壓縮性能沒有多少進步，使得存儲容量還是太大，也不適和網(wǎng)絡(luò)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進步，在CIF352*288或者更高明晰度768*576情況下的視頻壓縮，無論從明晰度還是從存儲量上都比MPEG1具有更大的優(yōu)勢，也更適宜網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外M

10、PEG-4可以方便地動態(tài)調(diào)整幀率、比特率，以降低存儲量。MPEG-4由于系統(tǒng)設(shè)計過于復(fù)雜，使得MPEG-4難以完全實現(xiàn)并且兼容，很難在視頻會議、可視 等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，這一點有點偏離原來地初衷。另外對于中國企業(yè)來說還要面臨高昂的專利費問題，目前規(guī)定：-每臺解碼設(shè)備需要交給MPEG-LA 0.25美元。-編碼/解碼設(shè)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視頻壓縮國際標準主要有由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

11、由ITU-T與MPEG結(jié)合制定。從簡單來說H.264就是一種視頻編碼技術(shù)，與微軟的WMV9都屬于同一種技術(shù)也就是壓縮動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的"編解碼器"程序。一般來說，假設(shè)動態(tài)圖像數(shù)據(jù)未經(jīng)壓縮就使用的話，數(shù)據(jù)量非常大，容易造成通信線路故障及數(shù)據(jù)存儲容量緊張。因此，在發(fā)送動態(tài)圖像時、或者把影像內(nèi)容保存在DVD上時、以及使用存儲介質(zhì)容量較小的數(shù)碼相機或相機手機拍攝映像時，就必須使用編解碼器。雖然編解碼器有許多種類，但DVD-Video與微波數(shù)字電視等使用的主要是MPEG2，數(shù)碼相機等攝像時主要使用MPEG4。既然作為壓縮視頻編碼技術(shù)，H.264最大的作用對視頻的壓縮了。我們熟悉的MPEG

12、2也就是最常用的DVD視頻編碼技術(shù)已經(jīng)比較落后。對于最希望看到的HDTV的節(jié)目假設(shè)播放時間在2小時左右的話，使用MPEG2最小只能壓縮至30GB，而使用H.264、WMV9這樣的高壓縮率編解碼器，在畫質(zhì)絲毫不降的前提下可壓縮到15GB以下。上面的例子可以看出H.264的技術(shù)優(yōu)勢了，一般來說H.264的數(shù)據(jù)壓縮率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。從理論上來說，在一樣畫質(zhì)、一樣容量的情況下，可比目前的DVD光盤多保存2倍以上時間的影像。有望作為電影與音樂會等映像內(nèi)容與便攜設(shè)備的編解碼器廣泛使用。支持該技術(shù)的產(chǎn)品與效勞于2004年問世。大家是否都能記得當(dāng)年的視頻解壓卡，也就是我們說的

13、DVD/VCD解壓縮卡，這個東西的原理很簡單，就是板卡上安裝了DSP芯片，而這個芯片唯一的功能就是用來針對特殊格式的編碼進展解壓縮，當(dāng)后來顯卡的性能逐漸增強可以滿足視頻播放需要的時候，視頻解壓縮卡也就消失的不見了。而ATI的做法就是最新的R520 VPU內(nèi)就包含了H.264解碼技術(shù)，這種特殊的算法直接交給顯卡VPU來運算，而不是完全交給CPU處理，這樣就可以解放出CPU進展更多其他復(fù)雜的運算。H.264集中了以往標準的優(yōu)點，在許多領(lǐng)域都得到打破性進展，使得它獲得比以往標準好得多整體性能：-和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可節(jié)省50%的碼率，使存儲容量大大降低；-H.264在不同分辨率

14、、不同碼率下都能提供較高的視頻質(zhì)量；-采用"網(wǎng)絡(luò)友善"的構(gòu)造和語法，使其更有利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。H.264采用簡潔設(shè)計,使它比MPEG4更容易推廣，更容易在視頻會議、視頻 中實現(xiàn)，更容易實現(xiàn)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好的系統(tǒng)。MPEG LA吸收MPEG-4的高昂專利費而使它難以推廣的教訓(xùn)，MPEG LA制定了以下低廉的H.264收費標準：H.264播送時根本不收費；產(chǎn)品中嵌入H.264編/解碼器時，年產(chǎn)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(jiān)控產(chǎn)品更容易走向世界。H

15、.264視頻編碼標準的開展歷史隨著NGN、3G及3G演進和NGBW等對視頻、多媒體業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的飛速開展需求，作為視頻業(yè)務(wù)及存儲應(yīng)用核心技術(shù)的高效率視頻數(shù)字壓縮編技術(shù)，愈來愈引起人們的關(guān)注，成為目前播送、視頻與多媒體通信領(lǐng)域中的亮點與熱點，這其中H.264視頻編碼標準更是耳熟能詳?shù)囊粋€名字。早在1993年，ITU-T國際電信聯(lián)盟電信標準化部門制定了第一個視頻編碼標準H.261，其輸出速率為p*64 kbit/s，主要用于ISDN及ATM等準寬帶及寬帶信道視頻。隨著時間的不斷開展，經(jīng)歷了1996年的H.263，1998年的H.263+，2000年的H.263+，到了2001年，MPEG認識到H

16、.26L的潛在優(yōu)勢及與VCEG結(jié)合工作的必要性，從而兩者合作成立結(jié)合視頻組JVT，從而形成了2003年第二季度發(fā)布的統(tǒng)一標準H.264/AVC。該標準在ITU-T稱為H.264；在ISO/IEC那么稱為MPEG4-Part 10 AVCAdvanced Video Coding，第10部分，先進視頻編碼，這也就是今天我們大家都津津樂道的H.264/AVC。與先前的一些編碼標準相比，H.264標準繼承了H.263和MPEG1/2/4視頻標準協(xié)議的優(yōu)點，但在構(gòu)造上并沒有變化，只是在各個主要的功能模塊內(nèi)部使用了一些先進的技術(shù)，進步了編碼效率。其主要表如今：編碼不再是基于8×8的塊進展，而是

17、在4×4大小的塊上，進展殘差的變換編碼。所采用的變換編碼方式也不再是DCT變換，而是一種整數(shù)變換編碼。采用了編碼效率更高的上下文自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼CABAC，同時與之相應(yīng)的量化過程也有區(qū)別。H.264標準具有算法簡單易于實現(xiàn)、運算精度高且不溢出、運算速度快、占用內(nèi)存小、消弱塊效應(yīng)等優(yōu)點，是一種更為實用有效的圖像編碼標準。H.264/AVC在壓縮編碼效率、視頻內(nèi)容自適性處理才能方面及網(wǎng)絡(luò)層面，特別是對IP網(wǎng)絡(luò)及挪動網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)處理才能、抗干擾才能與頑健性等方面，相比H.263/MPEG-4均有大幅度進步，也就造成了目前H.264被熱炒的場面。應(yīng)該說，H.264/AVC的應(yīng)用確屬相當(dāng)廣

18、泛，包括固定或挪動的可視 、挪動 、實時視頻會議、視頻監(jiān)控、流媒體、多媒體視頻、Internet視頻及多媒體、IPTV、手機電視、寬帶 以及視頻信息存儲等，這也是業(yè)內(nèi)普遍看好它的重要原因。監(jiān)控中視頻編碼分辨率的選擇目前監(jiān)控行業(yè)中主要使用以下分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF。SQCIF和QCIF的優(yōu)點是存儲量低，可以在窄帶中使用，使用這種分辨率的產(chǎn)品價格低廉；缺點是圖像質(zhì)量往往很差、不被用戶所承受。CIF是目前監(jiān)控行業(yè)的主流分辨率，它的優(yōu)點是存儲量較低，能在普通寬帶網(wǎng)絡(luò)中傳輸，價格也相對低廉，它的圖像質(zhì)量較好，被大部分用戶所承受。缺點是圖像質(zhì)量不能滿足高明晰的要求。4CIF是標清分

19、辨率，它的優(yōu)點是圖像明晰。缺點是存儲量高，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬要求很高，價格也較高。分辨率新的選擇-528x384。2CIF704x288已被部分產(chǎn)品采用，用來解決CIF明晰度不夠高和4CIF存儲量高、價格高昂的缺點。但由于704x288只是程度分辨率的提升，圖像質(zhì)量進步不是特別明顯。經(jīng)過測試，我們發(fā)現(xiàn)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(wěn)定的高質(zhì)量圖像，滿足用戶較高圖像質(zhì)量的要求。目前這一分辨率已被許多網(wǎng)絡(luò)多媒體播送所采用，被廣闊用戶所承受。比方杭州網(wǎng)通網(wǎng)上影院是采用512x384分辨率,在768k

20、下能穩(wěn)定地獲得近似DVD的圖像質(zhì)量。監(jiān)控中實現(xiàn)視頻編碼的最正確方式目前視頻編碼正處于一個技術(shù)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(jiān)控中主要使用ASCI和DSP兩種方案。由于ASIC芯片的設(shè)計、消費周期過長，使它已跟不上視頻編碼的開展速度。而DSP芯片，由于它的通用設(shè)計，使它能實現(xiàn)各種視頻編碼算法，并且可以及時更新視頻編碼器，緊跟視頻編碼的開展速度。另外使用DSP芯片可以比ASIC更靈敏的配置編碼器，使編碼器到達最正確性能。?？低暜a(chǎn)品目前到達的技術(shù)水準。?？低暜a(chǎn)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(chǎn)品獲得極高的壓縮比、高質(zhì)

21、量的圖像質(zhì)量和良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。高性能的DSP處理器能靈敏的配置視頻編/解碼器：動態(tài)設(shè)置分辨率、幀率、碼率、圖像質(zhì)量等；可以雙碼流輸出，到達本地存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸分別處理的功能。使用TM130X DSP的產(chǎn)品，單個芯片能實時壓縮一路以下分辨率的視頻：SQCIF、QCIF、CIF、2CIFPAL：704x288或528x384。使用DM642 DSP的產(chǎn)品，單個芯片能實時壓縮4路以下分辨率的視頻：SQCIF、QCIF、CIF、2CIFPAL：704x288或528x384。單個芯片能實時壓縮2路4CIF視頻。相關(guān)技術(shù)AVI結(jié)尾的視頻文件有以下幾種：1、非壓縮格式的AVI文件或是MPEG1格式的，這

22、個不需要裝任何插件就可以播放了。2、DIVX格式的AVI，這也是MPEG4的一種，安裝最新的DIVX 5.21，就可以播放了，不過缺點是在播放之初會有一個DIVX的標記顯示幾秒。3、XVID格式的AVI，這也是MPEG4的一種，可以說是從DIVX變種而來的，據(jù)說是XVID原作者不滿意DIVX商業(yè)化收費的行為，而開發(fā)的一個全Free的MPEG4編碼核心，安裝最新的XVID1.02版就可以播放。4、ffdshow MPEG-4格式的AVI，如今越來越多的AVI都采用ffdshow MPEG-4來，集成了DIVX與XVID的一種東西好象還支持WMV與AC3音頻，因此假設(shè)你裝了ffdshow MPEG-4，就可以不用裝XVID與DIVX等編碼核心