几种视频压缩技术概述Word文档下载推荐.docx

1、对量化后的 DCT系数时行编码使其熵达到最小，熵编码采用 Huffman 可变字长编码（2）、离散余弦变换JPEG采用 8*8 子块的二维离散余弦变换算法。在编者按码器的输入端，把原始图像（对 彩色图像是每个颜色成分）顺序地分割成一系列 8*8 的子块，在 8*8 图像块中，像素什 一般变化较平缓，因此具有较低的空间频率。实施三维 8*8 离散余弦变换可以将图像块 的能量集中在极少数儿个系数上，其它系数的值与这些系数相比，绝对值要小得多。与 Fourier 变换类似，对于高度相关的图像数据进行这样变换的效果使能量高度集中，便 于后续的压缩处理。（3）、量化为了达到压缩数据的目的，对 DCT系数

2、需作量化处理，量化的作用是在保持一定质量前 提下，丢弃图像中对视觉效果影响不大的信息。量化是多对一映射，是造成 DCT编码信息损失的根源。 JPEG标准中采用线性均匀量化器，量化过程为对岸 64个 DCT系数除以量化步长并四舍五入取整，量化步长由量化表决定。量化表元素因 DCT系数位旰和彩色分量的不同而取不同值。量化表为 8*8 矩阵，与 DCT变化系数对应。量化表一般由 用户规定， JPEG标准中给出了参考值，并作为编码器的一个输入。量化表中元素为 1 到达 255 之间的任意整数，其值规定了其所对应 DCT系数的量化步长。（4）、游程编码64个变换数经量化后，左上角系数是直流分量（ DC系

3、数），即空间域中 64 个图像采样值的均值。相邻 8*8 块之间的 DC系数一般有很强的相关性， JPEG标准对 DC系数采用 DPCM 编码（差分编码）方法，即对相邻像素块之间的 L 系数的差值进行编码。其余 63 个交流分量（ AC 系数）使用游程编码，从左上角开始沿对角线方向，以 Z 字形（ ZIg-Zag ）进行扫描直至结束。量化后的 AC系数通常会有许多零值， 以 Z 字形路径进行游程编码有效地增加了连续出现 的零值个数。2、 PEG/MJPEG在 DVR系统中应用极少数 DVR厂商采用 JPEG压缩技术，大多采用 MJPEG（Motion JPED ） 压缩技术，它主 要特点是基本

4、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。目前的基 于该技术的视频卡也主要是完成数字视频捕获（ Capture ） 功能，在后台由 CPU或专门 的 JPEG 芯片完成压缩工作。JPEG/MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像、而且可以灵活设置每路视频清晰 度、压缩帧数，但付出的代价是在保证每路都高清晰度的情况下，受处理速度限制，无 法完成实压缩，有很强的丢帧现象，同时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窨较大， 目前流行的 MJPEG技术最好的也只能做到 3K/ 帧，通常要 8?20K！简单计算可以发现即使是丢帧录像，也将耗费大量的硬

5、盘空间，尤 其在保安监控领域，由于监控摄像机较多（ 16 路通常），同时进行高清晰度录像，保证 一个月的录像存储量是十分惊人的，甚至远远超过条用 MPEG1实的录像技术产品，想念使用过该技术产品的用户对此有深刻印象。（二）、 MPEG运动图像压缩标准1、 MPEGMPEG是 Movyig pictures experts group（ 运动图像专家组 ） 的英文缩写，这个专家组始建于 1988 年，专门负责为 CD建立视频和音频标准，其成员均为视频、音频及系统领域 的技术专家。 MPEG是 ISO/IEC/JTC/SC2/WG11 的一个小组。它的工作兼顾了 JPEG标准和 CCITT专家组的

6、 H261标准，于 1990 年形成了一个标准草案。MPEG标准分成两个阶段：第一阶段（ MPEG1）是针对传输速度为 1MP/s到 1.5Mb的普 通电视质量的视频信号的压缩；第二个阶段（ MPEG-2）目标则是对每秒 30 帧的 720*576分辨率的视频信号进行压缩，在扩展模式下， MPEG-2可以对分辨率达成 1440*1152 高清晰度电视（ HDTV）的信号进行压缩。总体来说， MPEG在三方面优于其他压缩 / 解压缩方 案。首先， 在一开始它就是作为一个国际化的标准来研究制定， 所以 MPEG具有很好的兼容性；其次， MPEG能够比其他算法提供更好的压缩比，最高可达 200 ：

7、1；更重要的是，MPEG在提供高压缩比的同时，对数据的损失很小。MPEG-1制定于 1992 年，为工业级标准的设计，可适合于不同带宽的设备，如 CD-ROM、Video-CD、CD-I 。它可针对 SIF标准分辨（对于 NTSC制为 325*240；对于 PAL制为 325*288） 的图像进行压缩，传输速率为 1.5Mbits/sec, 每秒播放 30（25） 帧, 具有 CD（指激光唱盘 ） 音质, 图像质量级别基本与 VHS相当。 MPEG的 编码速率最高可达 4-5Mbits/sec ，但随着 速率的提高，其解码后的图像质量有所降低。 MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如

8、非对称数字用户线路 （ADSL），视频点播 （VOD），以及教育网络等。 同时， MPEG-1 也可被用做记录媒体或是在 INTERNET上传输音频。MPEG-2制定于 1994 年，设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。 MPEG-2所能提供的传输率在 3-10Mbits/sec 间，其在 NTSC制式下的分辨率可达 720*480 ，MPEG-2 也可以提供广播级的视像和 CD级的音质。 MPEG-2R的 音频编可提供左右中及两个环绕声 道，以及一个加重低音声道，和多达个伴音声道。由于 MPEG-2在设计时的巧妙处理，使得大多数 MPEG-2解码器也播放 MPEG-1格式的数据

9、，如 VCD。同时，由于 MPEG-2的出色 性能表现， 已能适用于 HDTV，使得原打算为 HDTV设计的 MPEG-3，还没出世就被抛弃了。（ MPEG-3要求速率在 20Mbits/sec-40Mbits/sec 间，但这将使画面有轻度扭曲），除了 作为 DVD的指定标准外， MPEG-2还可以用于为广播，有线电视网，电缆网络以及卫星直 播（ Direvt broadcast satellite ）提供广播级的数字视频。 MPEG-2的另一特点是，可 提供一个较广的范围改变压缩比，以适应不同画面质量，存储容量，以及带宽的要求。 对于最终用户来说，由于现存电视机分辨率限 MPEG-2所带来

10、的高清晰度画面质量（如DVD两面）在电视上效果并不明显，倒是其音频特性（如加重低音，多伴音声道等）更 引人注目。MPEG算法除了对单幅图像进行编码外，还利用图像序列的相关特性去除帧间图像冗余， 大大提高了视频图像的压缩比，在保持较好的图像视觉效果的前提下，压缩比可以达到60-100 倍左右。 MPEG压缩算法复杂、计算量大，其实现一般要专门的硬件支持。 MPEG标准有三个组成部分： MPEG视频；MPEG音频；视频与音频的同步。 MPEG视频是 NPEG 标准的核心。为满足高压缩比和随时机访问两方面的要求， MPEG采用预测和插补两种帧 间编码技术。 MPEG视频压缩算法中包含两种基本技术：一

11、种是基于 16*16 子块的运动补偿，用来减少帧序列的空域冗余，在帧内压缩及帧间预测中均使用了 DCT变换。运动补 偿算法是当前视频图像压缩技术中使用最普遍的方法之一。（1）、运动补偿预测 帧序列的相邻画面之间的运动部分具有连续性，即当前画面上的图像可以乍成是前面某 时刻的图像对当前画面图像进行预测的方法，称为前向预测。反之，根据某时刻的图与 位移住处预测刻时之前的图像，称为后向预测。MPEG的运动补偿将画面分成若干 16*16 的子图像块（称为补偿单元或宏块），并根据一 定的条件分别进行帆内预测、前后预测、后向预测及平均预测。（2）运动补偿插值 以插补方法裣运动住处是提高视频压缩比的最有效措

12、施之一。在时域中插补运动补偿是 一种多分辨率压缩技术。例如 1/15 秒或 1/10 秒时间隔选取参考子图，对时域较低分辨 率子图反映运动趋势的附加校正信息 （运动夭量） 进行插值， 可得到满分辨率 （帧率 1/30 秒）的视频信号。插值运动补偿也称为双向预测，因为它既利用了前面帧的信息用了后 面帧的信息。2、 MPEG在 DVR系统中应用MPEG1实时视频压缩技术是目前市场 DVR产品主流。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。例如在国内 PAL制式下， NPDG1可以满足多路25 帧/ 秒的压缩（ 16 路）速度，在 500kbit/sec 压缩码

13、流（ 352*288 ）下，每帧大小仅 为 2k 简单计算可以表明， MPEG1产品的录像容量是目前硬盘容量可以妨受的 （16 路以下）。 目前国内 DVR厂商 MPEG1产品基本都采用以色列 Zapex 或台湾 Winbond公司的压缩芯片， 通过硬件压缩技术可以有效降低计算机负担，解决多路视频同时录像计算机资源有限的 问题。 MPEG1也有较多不利地方，其一是存储量，通常需要 8个 80 硬盘，或更多，硬盘投资大， 而由此引起的硬盘故障和维护更是叫人头疼； 其二是清晰度不够高， 由于 MPEG1 最大清晰度仅次 352*288 ，考虑到容量、模拟 /数字量化损失等其他因素，回放清晰度不 高

14、，这也是市场反应的主要问题；其三是不够灵活，只能 25帧/ 秒，不能够丢帧录像， 从目前广泛采用的压缩芯片来看，也缺乏有效的调控手段，例如关键帧设计、取样区域 设定等等，造成在保安监控领域应用不适合，造价也高。基四 MPEG1由于数据量大，不适合网络传输，尤其是在常用的低带宽网络上无法实现过程视频传输。其实单从民用市 场上来看就知道， 尽管 MPEG1曾经是 VCD的主要压缩标准， 但目前 MPEG等先进的压缩标 准大有取而代之的趋势。总体看来 MPEG1与 MJPEG压缩技术由于技术成熟， 所以 DVR开发厂家的压缩板卡也较多， 是目前 DVR市场的主流技术，但两者的致命弱点就是硬盘耗费量大

15、，且不能同时满足保 安与实时录像场合的需要。尤其在硬盘造价已经接近 DVR整机成本 50%情况下，容量与清晰度矛盾更为突出。 MPEG4技术的出现，可以有效解决以上诸多问题。 MPEG-2由于要更多的消耗硬盘资源或者网络带宽虽然清晰度可以达到 DVD画质一般主流厂家未见采用。目前有一种方案将四路视频信号首先采用原有图象四分割的模拟方式复 合为一路视频信号经 MPEG-2的压缩来实现视频的 A/D 的转换，其实是一种比较落后的技 术，而且实测也未见图象质量改善，反而在四幅画整合为幅画面后增加了图象管理和处 理的难度，一些原本很轻易能实现的功能如图象放大，检索单幅图象的调用等等变得很 难操作。（3

16、）H261视频通信编标准电视电话 /会议电视的建议标准 H 261常称为 P*64K标准，其中 P是取值为 1到 30的 可变参数； P=1 或 2 时支持四分之一中间格式 （ QCIF：Quarter cmmoni ntermedia fornat ） 帧率较低的视频电话传输； P=6时支持通用中间格式（ CIF ：Common Intermedi-ate Format）的帧率较高的电视会议数据传输。 P*64K 视频压缩算法也是一种混合编码方案，即基于 DCT的变换编码方法的混合。在低传输速率时（ P=1 或 2，即刻 4bit/s 或者128Kbit/s ） , 除 QCIF 外还可使用

17、亚帧（ sub-frame ）技术，即每间隔一帧（或数帧）处 理一帧，压缩比可高达 50：1 左右。（四）， MPEG4 压缩技术的革命1、 MPEG4MPEG 4 与 MPEG、1 MPEG2不同。 MPEG4于 1998 年 11 月公布，原预计 1999年 1 月投入 使用的国际标准， MPEG4不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体 系统的交互性和灵活性。 MPEG专家组的专家们正在为 MPEEG 4 的制定努力工作。MPEG 4 标准主要应用于视像电话（ Videophone ） , 视像电子邮件（ VideoEmail ）和电 子新闻（ ElectronicNews

18、 ）等，其传输速率要求较低，在 4800 64000bits/sec 之间， 分辨率为 176*144 。MPEG4 利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以 求以最少的数据获得最佳的图像质量。与 MPEG1 和 MPEG2 相比， MPEG4 的特点是其更适于交互 AV服务以及远程监控。MPEG4 是第一个使使用者由被动变为主动（不再只是观看，允许你加入其中，即有交 互性）的态图象标准；它的另一个特点是其综合性；从根源上说， MPEG4 试图将自然物体与人造物体相溶合（视沉效果意义上的）。 MPEG 4 的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。 NPEG4试图达到两个目标： A、低比

19、特率下的多媒体通信； B、是多工业的 多媒体通信的综合。据此目标， MPEG4引入 AV对象（ Audio/visual objects ） , 使得更多的交互操作成为可能。可见 MPEG4压缩技术原本是一种适用在低带宽下进行住处交换的音视频处理技术，它的 特点是可以动态的侦测图像各个区域变化，基于对象的变化而高速压缩方法可以获得比 MPEG1更大的压缩比，压缩码流更低。尽管 MPEG4并不是专为视频监控压缩领域而设计， 但同样也适合 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。（ 1）、 DMIF（

20、 The Dellivery Multimedia Integration Framework ）DMIF即多媒体传送整体框架，它主要解决交互网络中，广播环境下以及磁盘应用中多媒 体应用的操作问题。通过传输多路合成比特信息来建立客户端和服务器端交互和传输。 通过 DMIF，MPEG4可以建立起具有特殊品质服务 （QOS）的信道和面向每个基本流的带宽。 （2）、数据平面数据平面可以分为两部分：传输关系部分和媒体关系部分。为了使基本流和 AV对象在同一场景中出现， MPEG4引用了对象描述 （OD）和流图桌面（SMT） 的概念。 OD传输与特殊 AV对象相关的基本流的信息流图。桌面把每一个流与一个

21、 CAT（ Channel Assosiation Tag ）相连， CAT可实现该流的顺利传输。（3）、缓冲区管理和实进识别MPEG4定义了一个系统解码模式（ SDM），该解码模式描述了一种理想的处理比特流句汉 语义的解码装置，它要求特殊的缓冲区和实时模式。通过有效的管理，可以更好地利用 有限的缓冲区空间。（4）、音频编码MPEG4的优越之处在于一它不仅支持自然声音， 而且支持合成声音。 MPEG4的音频部分将 音频的合成编码和自然声音的编码相结合，并支持音频的对象特征。（5）、视频编码与音频编码类似， M PEG4也支持对自然和合成的视觉对象的编码。合成的视觉对象包 括 2D、 3D 动画

22、和人面部表情动画等。（6）、场景描述MPEG4提供了一系列工具，用于组成场景中的一组对象。一些必要的合成信息就成了场 景描述，这些场景描述以二进制格式 Binary Format for Scene description） 表示，BIFS 与 AV 对象一同传输、编码。场景描述主要用于描述各 A V 对象一同传输、编码。场景描述主要于描述各 AV 对象在一具体 A V 场景坐标下，如何组织与同步等问题，同时 还有 AV 对象与 AV场景的知识产权保护等问题。 MPEG4为我们提供了丰富的 AV场景。 2、 MPEG4在 DVR系统中应用MPEG4在压缩方法上远远优于 MPEG，1 更是 MJ

23、PEG不能比拟的。 MPEG4基于场景描述和面 向带设计的要领使 MPEG4 在视频监控录像领域中在以下几个方面具有巨大的优势；录 像存储容量、录像清晰度、录像帧率可调、网络传输 大幅度降低录像存储容量 经过测试表明，对静止、一般活动场景、剧烈活动场景三种情况下、在相同清晰度对应MPEG（1 500K bits/sec ）码流情况下，存储容量测试结果见下表：MJPEG MJPEG MJPEG MPEG1 MPEG1 MPEG1 MPEG4 MPEG4 MPEG41帧 1 分钟 1 小时 1 帧 1 分钟 1 小时 1 帧 1 分钟 1 小时静止 6K 9M 540M 2.4K 3.6M 216

24、M 0.68K 1.02M 61.2M一般活动 7.2K 10.8M 648M 2.4K 3.6M 216M 1.07K 1.6M 96M剧烈活动 11K 16.5M 990M 2.4K 3.6M 216M 1.68K 2.52M 151.2M 注意：该测试结果随场景变化有所出入Raw（320240） H.261 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MotionJPEG WaveletCompressionRatio 1 80 20 5 100 20 15File Size（KB/Frame/Sec） 230 2.8 11 44 2.2 11 14.7Bandwidth（Kbps） 1,

25、767 22 83.3 353 16.7 83.3 118Image Quality Excellent Poor Fair Excellent Good Fair GoodApplication VideoConferencing LocalLAN Local RemoteTransmission LocalLANLocalLANRemark Not SuitableFor DVRSystem LargeStorageCapacityRequiredCurrentIndustryTrend原始图像（ 320240） H.261 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MOTIONJPEG

26、WAVELET压缩比例 1 80 20 5 100 20 15文件大小（ KB/帧/ 秒） 230 2.8 11 44 2.2 11 14.7带宽（ K bit/ 秒） 1,767 22 83.3 353 16.7 83.3 118图像质量 极好 差 可以 极好 好 可以 好应用 视像会议 本地网 本地 远程传输 本地网 本地网备注 不适合于数码录像系统 要求储存量大 当前的行业趋势由此可见在静止情况下 MPSG4比 MPEG1节省了 2/3 的硬盘空间！在一般活动场景下也节 省近一般的容量。单从这项指标来看就能节省大量的硬盘投资，或者保留更长的存储时 间。值得说明的是，目前市面 MOEG1压

27、缩芯片通常只支持定码流压缩，因此在场景活动 加剧情况下存储容量不变，但是回放画面可以了现马赛克显著增加，同时运动部分图像 清晰度下降。而 MPEG4可以根据场景变化自动调整压缩方式，保留较好的存储图像。 较高的录像清晰度 尽管 MPEG4是瞄准在低带宽上的音视频解决方案， 但是它独特的压缩方式同样也适合 CIF或更高清晰度（ 768*576 、640*480 ）的视频压缩，这样它就有效突破了 MPEG1最大清晰度 CIF（ 352*288）限制，获得更好的视频压缩质量。在银行柜员制监控中可以得到更好 的应用。 MPEG1受最高清晰度和存储容量的限制，很难设定较小的压缩比获取较高质量 的图像，

28、在碟员制点钞过程中， 钞标的图像不是比较模糊， 利用 MPEG4应用很大的改善， 同时 MPEG4基于 AV 对象压缩的模式也决定了它对运动物体可以保证较好录像清晰度。 录像帧率可调很多用户对于 MJPEG帧率可调的使用方式非常熟悉， 也有很多客户会提出能否降低 MPEG1 帧率获取更长录像时间的要求 MPEG4可以非常容易的实现这个功能。与 MJPEG方式有什么不同呢？想想看吧，使用了高压缩比的 MPEG4算法，又结合抽帧功能，硬盘的使用空间将降低到什么程度！ MPEG的4 优越性可以更加好的体现出来。 现在可以将 MPEG1与 MJPEG 优点都集合起来， 在同一台 DVR上，对柜员制摄像

29、机设置为 25 帧/ 秒的录像帧率， 对 ATM、 保安监控摄像机设置为 125 帧/ 秒的录像帧率。 网络传输MPEG4优越的视频压缩方式，也决定了其在低带宽网上具有优秀的表现。在中国实际应 用场合，网络应用环境还过不能和国外相比，尤其在银行系统，同可能花昂贵的租金去 申请一条 1M的 DDN线路用于每个网点的远程监控，可以被广泛利用的利用的只有 ISDN（综合业务数字网 128K）和 PSTN（公共普通电话线网 64K）。如何在如此低的带宽上 传输视频，正是 MPEG4大显身手的地方。目前在低带宽信道上传输活动视频的另一个解 决方案就是采用 H.263 通讯标准，尽管 H.263 也具有较高的压缩比，但是图像摄影师差 于 MPEG。4我们根据 MPE1、MPEG、4 H.263 几种标准，在普通电话线路上、宽带网上传输视频测试结果如下：网络类型 H.263 MPEG1 MPEG4PSTN 5-9 帧/ 秒，图像质量较差 无法传输 5-15 帧/ 秒，图像质量好LAN 25 帧 / 秒，需 256Kbits 带