高清视频监控技术全方位分析(2)

主页（http://www.pttcn.net）：高清视频监控技术全方位分析(2)

　　MPEG2由MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组制定，这是国际标准化组织(ISO)于1988年成立的专责制定有关运动压缩编码标准的工作组，制定的标准是国际通用标准。DVD即是MPEG2编码，随着技术的改进，它在高清视频方面也得到了应用。MPEG2最大的缺点就是文件体积过大，不过它也有一个优点，那就是相对于另外两种编码，它对于系统资源的消耗是最小的。但是随着硬件技术的发展，H.264和VC-1的解码必然会成为DVD那样，任何主流的配置都能流畅播放。

　　MPEG4主要用于低带宽应用和交互式图形应用(游戏等合成内容)、交互式多媒体( W W W 等内容分发和访问技术)应用， MPEG专家组成立了MPEG4工作组，以促进上述三个领域的集成。1999年初，定义标准框架的MPEG4(第一版)成为国际标准(ISO/IEC 14496-1)，提供多种算法和工具的第二版已于1999年底成为国际标准(ISO/IEC 14496-2)。

　　H.264也许是最有前途的一个了，相对于MPEG2、 MPEG4而言，其压缩效率是三种编码中最高的。H.264标准由国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)和国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)共同研究发布，因此H.264有两个名称，一个是沿用 ITU-T组织的H.26x名称，叫“H.264”，另一个则是A V C ( 高级视频编码)。H.264格式的最大特点是在保证画面质量的情况下，它可以把文件大小控制在MPEG2格式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的压缩比、更好的IP和无线网络信道的适应性，在数字视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用。但是需要注意的是，H.264获得优越性能的代价是计算复杂度增加，因此H.264的硬件要求是最高的。

　　微软公司在2003年9月提出了VC-1编码格式(开发代号Corona)，目前已经得到了 MovieBeam、Modeo等不少公司的采纳，同时也包含在HD DVD和蓝光中，包括华纳和环球等影业公司也有采用这种格式的意向。VC-1基于微软windows Media Video9 ( WMV9 )格式， 而WMV9格式现在已经成为VC-1标准的实际执行部分。VC-1是最后被认可的高清编码格式，因为有微软的后台，所以这种编码格式不能小窥，相对于MPEG2，VC-1的压缩比更高;但相对于H.264而言，编码解码的计算则要稍小一些。

　　AVS是基于我国自主创新技术和国际公开技术所构建的标准，主要面向高清晰度和高质量数字电视广播、网络电视、数字存储媒体和其他相关应用，具有性能高(与H.264相当)、复杂度低(算法复杂度比H.264明显低)、我国掌握主要知识产权、专利授权模式简单且费用低等特点。基于此，可以认为AVS标准是能够支撑国家数字音视频产业发展的重要标准，也是安防监控行业应该采纳的重要标准。

　　JPEG2000 是一种图像编码格式, 而并不是视频编码格式, 设计之初是用于取代JPEG , 而视频序列的每一帧画面也相当于是一幅图像,与其前辈JPEG相比, JPEG2000放弃了以离散余弦变换DCT为主的区块编码方式, 而改为采用以小波变换为主的多解析编码方式, 压缩率比JPEG 高约 30% 左右, 同时JPEG2000支持有损和无损压缩。JPEG2000有几个重要特性, 支持“渐进传输”及“感兴趣区域编码”。在清晰度方面, 它可以先解码一副画面的四分之一尺寸, 然后再二分之一, 最后解码出整幅画面;在图像质量方面, 它可以先传输图像的轮廓, 然后逐步传输数据, 不断提高图像质量, 让图像由朦胧到清晰显示;“感兴趣区域”是指用户可以任意指定图像上感兴趣区域的压缩质量, 还可以选择指定的部份先解压缩, 便于突出重点。但JPEG2000计算量太大，压缩率不高，目前很难在嵌入式实时系统中实现，对存储传输也提出了较高的要求，目前仅有一些高清专用系统采用了这个算法。

　　在编码芯片上，一般有DSP、ASIC等可供选择。DSP方案，如达芬奇数字媒体处理器TMS320DM6467，是基于DSP的SOC(片上系统)，集成了300MHz的ARM内核和600MHz的DSP内核，并采用高清视频协处理器，在执行H.264 HP@L4(1080p 30fps、1080i 60fps、720p 60fps)的同步多格式高清编码、解码与转码方面，表现出色。还有一款高清入门级的TI芯片DM355，它内置了编解码算法实现，能够以720p格式与每秒30帧的速度提供高清MPEG4 SP编解码能力，是快速开发入门级高清编码产品的不错选择。ASIC方案，如海思3511的处理器，一款基于ARM9处理器内核以及视频硬件加速引擎的高性能通信媒体处理器，具有高集成、可编程、支持H.264和MJPEG(Motion JPEG是一种视频压缩格式，其中每一帧图像 都分别使用JPEG 编码)等多协议的优点，可广泛应用于实时视频通信、数字图像监控、网络摄像机等领域。

　　高清传输技术

　　监控系统传输技术主要有视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输和宽频共缆传输六种传输方式。每种传输技术都有其自身特点，有各自的应用层面，对于一个复杂的监控系统往往根据不同的传输距离，不同的监控要求，采用不同的传输方式。面对高清应用的超大数据量，以及实时性的要求，采用光纤传输是解决长距离视频监控高速传输系统的最佳解决方式，通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。光纤传输具有衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、重量轻、保密性好等一系列优点，广泛应用于国家及省市级的主干通信网络、有线电视网络及高速宽带计算机网络。而在视频监控系统中，光纤传输也已成为长距离音视频及控制信号传输的首选方式。但光纤传输需专门的技术人员负责光纤熔接及设备维护方面的工作，另外对于近距离监控信号传输不够经济。

　　举例来说，高清意味着需要更高带宽。一般认为，H.264编码D1(720×576)画质的码流为2M左右，那么以1080P计算，画面尺寸约是D1的5倍，简单计算，码流也是5倍。因此，H.264编码的一个1080P高清画面所用带宽约为10M，与D1画质的MPEG2相当。由此可以看出，对于“高清”，网络传输并没有特别的要求。不过有一点必须指出，目前的互联网是不能够承载高清画质的，必须是专网甚至光纤。相比模拟传输，数字网络传输高清视频具有得天独厚的优势。

　　当然，由于高清占用了更高的网络带宽，在组建高清系统特别是大路数高清系统时对于网络带宽的使用还是应该精打细算。例如，如果使用100M以太网，实际上同时只能承载5路左右的高清图像(考虑到以太网的碰撞侦听特性)。如果同一视频源有多个用户访问，占用的带宽会更大。因此对于系统设计、组播、转发等技术的使用就显得尤为重要。