主頁(yè)（http://www.130131.com）：H.264視頻編解碼技術(shù)探討 【中國(guó)集群通信網(wǎng)】視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)和演進(jìn)歷史 在視頻監(jiān)控歷史上，曾先后有多種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示，由國(guó)際電信聯(lián)盟ITU定義的專(zhuān)用于低比特率視頻電話(huà)的標(biāo)準(zhǔn)，包括H.261/2/3;由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO針對(duì)消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用的，對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮定義了MPEG標(biāo)準(zhǔn)，包括MPEG1/2/4;由ITU與ISO根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用合作(聯(lián)合視頻小組JVT)定義了H.264編解碼技術(shù)，有些標(biāo)準(zhǔn)至今仍并存著。圖1簡(jiǎn)要說(shuō)明了視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程。 MPEG1和MPEG2是早期使用比較多的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已基本退出舞臺(tái)。目前主要在應(yīng)用中的是M-JPEG，MPEG4及H.264三種，我們通過(guò)以下幾點(diǎn)對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。由于MPEG1和MPEG2標(biāo)準(zhǔn)已淡出，在此就不做太多分析。 ·實(shí)現(xiàn)成本：包括算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和資源占有程度，技術(shù)獲取的難度和代價(jià)，以及其最終體現(xiàn)在產(chǎn)品中的成本高低; ·編碼性能：主要體現(xiàn)在同等主、客觀視覺(jué)質(zhì)量情況下，壓縮后所得到的碼流大小，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲(chǔ)都非常關(guān)鍵; ·網(wǎng)絡(luò)支持：對(duì)網(wǎng)絡(luò)支持的好壞主要取決于對(duì)網(wǎng)絡(luò)丟包和出錯(cuò)的容錯(cuò)能力與支持網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)能力; ·應(yīng)用支持范圍：由于視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用需求千變?nèi)f化，一個(gè)平臺(tái)對(duì)不同需求的支持能力也非常重要; ·未來(lái)潛力：以發(fā)展的眼光來(lái)看，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的潛力大小體現(xiàn)在未來(lái)被行業(yè)接受的廣泛程度，在相關(guān)應(yīng)用上轉(zhuǎn)化的平滑程度，和對(duì)互聯(lián)互通的支持程度等方面。
 M-JPEG在實(shí)現(xiàn)成本上來(lái)說(shuō)可能是最低。實(shí)際上現(xiàn)在有很多視頻前端采集芯片都已集成M-JPEG，可直接輸出M-JPEG的編碼碼流，這也是為什么M-JPEG在很多低端產(chǎn)品中仍有應(yīng)用的主要原因。同時(shí)M-JPEG各幀編碼是相互獨(dú)立的，有利于視頻編輯等方面的應(yīng)用，受網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的丟包問(wèn)題影響較小，但因其遠(yuǎn)大于其他標(biāo)準(zhǔn)的碼流嚴(yán)重影響了它提供高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)視頻的能力。在其他三個(gè)方面，M-JPEG和MPEG4、H.264相比處于明顯劣勢(shì)。隨著視頻監(jiān)控市場(chǎng)對(duì)視頻壓縮要求的整體提高和MPEG4、H.264實(shí)現(xiàn)成本的持續(xù)下降，M-JPEG的市場(chǎng)分額在未來(lái)可能會(huì)繼續(xù)降低。 MPEG4的實(shí)現(xiàn)成本隨著方案的成熟這幾年來(lái)已經(jīng)下降很多，方案選擇余地也相應(yīng)擴(kuò)大，從DSP到ASIC均有提供。但在編碼性能上較H.264仍有較大差距。MPEG4在制定時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持考慮略顯不足，而視頻監(jiān)控領(lǐng)域中網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的到來(lái)使得用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)支持方面的考慮越來(lái)越多，MPEG4的編碼效率在一定程度上制約了其對(duì)廣闊應(yīng)用環(huán)境的支持能力。歸根結(jié)底，MPEG4從制定之初就決定了其作為過(guò)渡性標(biāo)準(zhǔn)的命運(yùn)，標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)之所以要在短時(shí)間內(nèi)再重新制定H.264標(biāo)準(zhǔn)就是為了要代替它。 H.264標(biāo)準(zhǔn)從實(shí)現(xiàn)成本上來(lái)看，目前應(yīng)該是所有標(biāo)準(zhǔn)中最高的，這和它制定出來(lái)時(shí)間最晚也有一定的關(guān)系，當(dāng)然其運(yùn)算復(fù)雜度確實(shí)要遠(yuǎn)高于其他標(biāo)準(zhǔn)。但隨著H.264在視頻監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，可看到其實(shí)現(xiàn)成本也在不斷下降。從編碼性能上看，H.264要遠(yuǎn)優(yōu)于MPEG4，平均節(jié)約39%的傳輸碼流，這可以極大地提高存儲(chǔ)設(shè)備的效率和網(wǎng)絡(luò)的利用率。卓越的編碼性能決定了H.264有能力支持更加廣泛和多變的應(yīng)用環(huán)境，包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自適應(yīng)的能力。從網(wǎng)絡(luò)支持的角度來(lái)看，無(wú)論是有線(xiàn)還是無(wú)線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是H.264制定時(shí)所針對(duì)的一個(gè)重要方向之一，其碼流的語(yǔ)法定義和不同的編碼選項(xiàng)有利于H.264獲得不錯(cuò)的容錯(cuò)能力。從全球視頻應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)看，H.264在諸如電視、3G等領(lǐng)域都已成為主流標(biāo)準(zhǔn)，在視頻監(jiān)控領(lǐng)域也迅速成長(zhǎng)為主流標(biāo)準(zhǔn)之一，其取代MEPG4的趨勢(shì)清晰可見(jiàn)。而隨著大規(guī)模視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和互聯(lián)互通要求的增強(qiáng)，在全球范圍內(nèi)H.264必將成為必須要支持的主流視頻標(biāo)準(zhǔn)。 表1通過(guò)對(duì)每個(gè)視頻標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐項(xiàng)特性打分的方法來(lái)給出一個(gè)比較直觀的比較結(jié)果(打分采用5分制方法，0分為最差，5分為最高)。
 H.264標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用分析 在視頻監(jiān)控產(chǎn)品中，編碼器始終是方案的重點(diǎn)，一個(gè)合適的編碼器方案往往能夠決定一個(gè)產(chǎn)品的成敗。H.264編碼方案正在成為市場(chǎng)的主流，其以卓越的編碼性能和良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)同。它不僅可以支持寬廣的應(yīng)用環(huán)境，還可滿(mǎn)足不同分辨率、不同碼率以及不同傳輸和存儲(chǔ)環(huán)境的需求。采用何種實(shí)現(xiàn)方式才能既充分發(fā)揮H.264標(biāo)準(zhǔn)本身的優(yōu)點(diǎn)，又能充分滿(mǎn)足未來(lái)一段時(shí)間視頻監(jiān)控行業(yè)的要求呢? 視頻監(jiān)控經(jīng)過(guò)十幾年的不斷進(jìn)步，到目前已完成從模擬存貯到數(shù)字存貯的升級(jí)換代，PC式DVR和嵌入式DVR都得到了廣泛的應(yīng)用，且隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和帶寬的不斷改善，視頻監(jiān)控的數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化正獲得越來(lái)越多的重視并很有可能在不久的將來(lái)成為視頻監(jiān)控的主流應(yīng)用。另一方面，自9·11以來(lái)全球范圍對(duì)社會(huì)公共安全關(guān)注度的顯著提高，視頻監(jiān)控的規(guī)模已和上個(gè)世紀(jì)不可同日而語(yǔ)。僅以中國(guó)為例，得益于政府“3111”工程在全國(guó)范圍內(nèi)的廣泛開(kāi)展，而視頻監(jiān)控規(guī)模與層次的不斷提高也促使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了初期的監(jiān)視、存儲(chǔ)和回放等基本功能，越來(lái)越多的視頻智能分析功能被加入到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。為了滿(mǎn)足現(xiàn)代視頻監(jiān)控應(yīng)用的要求，消費(fèi)者期望可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以更靈活的方式從更大的范圍中獲得含有更多信息量的視頻信息。 新的視頻監(jiān)控要求對(duì)視頻編解碼技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，其中視頻編碼模塊作為連接視頻前端和監(jiān)控系統(tǒng)間的極為重要的一環(huán)，如何創(chuàng)造性地將整個(gè)系統(tǒng)融合貫通，將對(duì)提升整個(gè)系統(tǒng)的有效性、功能性和產(chǎn)品性?xún)r(jià)比起到顯著的作用。我們認(rèn)為參考視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)新一代的視頻編碼器會(huì)有如下要求： ·支持高分辨率：在未來(lái)幾年，D1(704×576)將成為必需滿(mǎn)足的需求，在某些應(yīng)用中720P(1280×720)高清甚至也會(huì)成為必需。編碼器越能夠提供高的視頻質(zhì)量，越能夠?yàn)楹蠖说闹悄芊治鎏峁┖玫闹С? ·支持多通道：編碼器必須能夠靈活切換支持多個(gè)編碼通道，比如4個(gè)D1或16個(gè)CIF，并且最好能夠是單芯片方案; ·高編碼效率：編碼器最好能夠在1Mbps帶寬下提供較好的全實(shí)時(shí)D1編碼，H.264標(biāo)準(zhǔn)基本成為必選; ·高性?xún)r(jià)比：作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)重要模塊，編碼器的性能價(jià)格比在任何時(shí)候都是一個(gè)重要的因素;
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