视
频
压
缩
技
术
发
展
现
状
摘要
随着计算机技术、微电子技术和通信技术的不断进步．人们己不仅仅满足于语音、电报、等的通信方式．视频通信因为其直观性、可靠性等一系列优点．成为新的应用需求热点。例如远程监控、远程教学、远程医疗诊断、远程购物、远程探视、电视电话会议等应用都迫切需要高质量的网络视频传输的支持。近年来, 视频压缩技术的进展已经进入多媒体领域的前沿。新的应用和新的产品几乎每天都会出现, 所以在多媒体世界中要订立标准来保证一个制造商提供的设备和服务可以成功地与其他制造商的类似设备一起工作。现在已经妥善地确立了这方面的一些标准, 包括JPEG、MPEG1、MPEG2 和H. 330。现在, 大多数采用ISDN 的视像会议系统都符合IT U -T H. 320 标准, 而MPEG2 则用在更高档的广播系统。除JPEG 之外, 这些标准确定了储存和传送频和音频信号时压缩这些信号的规则。现在已经形成这些新标准和压缩算法来减少视频传输所需的带宽。
视频标准具有一些共有的特性, 尤其是它们都采用分立余弦变换。但这些标准又是截然不同的, 针对不同的用途真空磁悬浮列车, 新的标准还会出现, 以满足更多的用途。例如, H. 263 是和H. 261 有许多相似之处的视频标准, 它可以通过普通的电话线进行优质的电视会议。MPEG4 具有新功能改进的压缩比和图像质量。
1. 视频压缩技术简介
什么是视频压缩技术？视频压缩技术就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263，运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。
视频压缩技术用于录像、资料收集、整理、储存，高性能的视频压缩技术甚至用于远程视频网络传输，因此，在安防监控市场DVR（数字化硬盘录像监控）技术中，成为先进的数字化网络监控，不论是在监视、录像存储、画面检索、网络传输、信息安全保密以及控制技术方面相比传统的模拟监控技术，大大提高了视频监控领域的效率。
2. 国际音视频压缩标准发展历程
随着有线电视网络的发展，视频压缩技术还在节目的采集、制作、播出及存储构成中的大量使用，欣的电视业务（如视频点播、准视频点播）已经实现，人们可以随时调看想看的电视节目和录像片。
目前，市面上的DVR产品使用的视频压缩算法主要有: JPEG、H. 261、H.263、MPEG-1/2、MPEG- 4、JVT、H.264/AVC。
2.1 JPEG标准
JPEG 是几种标准中最简单的, 因为它处理的是静止图像, 所以不需要帧的预测和移动补偿, 因而不需反馈回路。它依次使用的处理方法是: 分立余弦变换、量化、之字形扫描以及行程编码和不变长度编码。不过, 在JPEG 标准中有一些不同的选择可以让用户使其系统适应不同程度的压缩和图像质量。涉及的技术为无损耗和有损耗的编码技术。无损耗的编码可以依照编码之前的画面把画面重组。JPEG 中的无损耗编码技术不是依靠分立余弦变换, 而是依靠“预测”。但是, 无损耗编码受压缩程度的限制。医疗用的成像就是需要无损耗编码 地区搜索的一个例子。有损耗的编码技术则采用分立余弦变换。现有的选择是: 串行编码、渐进编码以及分级编码。串行编码是简单分立余弦变换。渐进编码可以逐渐形成画面的质量。这种方式分段地传送量化系数。最初先储存或传送较低的频率成分, 然后是较高的频率成分。另一种方法是有选择地提高系数的分辩率, 先处理最高位, 然后是最低位。分级编码逐步建立画面的清晰度。JPEG 的渐进和分级方法的好处是让用户可以用静止图像选择可变的质量水平, 这对于把JPEG 画面从一个地点传送到另一地点很重要。
2.2 H.261标准
H.261标准是为ISDN设计，主要针对实时编码和解码设计，压缩和解压缩的信号延时不超过150ms，码率px64kbps(p=1~30）。H.261标准主要采用运动补偿的帧间预测、DCT变换、自适应量化、熵编码等压缩技术。只有I帧和P帧，没有B帧，运动估计精度只精确到像素级。支持两种图像扫描格式：QCIF和CIF。目前最适合会议系统视频缩部分的标准是IT U - T 标准H. 261。当前商业上使用最多的系统都采用H. 261 指定的技术。H. 261 标准的压缩算法对YCrCb 数字数据发挥作用。与H. 261 兼容的解码器必须使QCIF 为其数据源的位流解码, 不过CIF 却是选用项。大多数系统都适应这两种分辩率。一个把CIF 数据编
码到单独一个ISDN B 信道的系统, 可以把视频信号压缩大约60∶1。大田西瓜种植技术H. 320 和H. 261 可以适应ISDN, 所以已编码的音频/ 视频数据通常是以64kdps( 一个ISDN 信道的带宽) 的倍数传送。通常热转印花膜, 由于视频和音频信号必须共用信道, 所以要在音频和视频质量之间作出一些取舍平衡, 尤其是在低位速率下。通常在单独一条ISDN 信道中, 音频要求16kbps, 而48kbps 则留给视频。
2.3 H.263标准
H.263标准是甚低码率的图像编码国际标准，它一方面以H.261为基础，以混合编码为核心，其基本原理框图和H.261十分相似，原始数据和码流组织也相似；另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些国际标准中有效、合理的部分，如：半像素精度的运动估计、PB帧预测等，使它性能优于H.261。H.263使用的位率可小于64Kb/s，且传输比特率可不固定（变码率）。H.263支持多种分辨率：SQCIF(128x96）、 QCIF、CIF、4CIF、16CIF。
2.4 MPEG-1/2标准
陈蓉 海藻 MPEG-1标准用于数字存储体上活动图像及其伴音的编码，其数码率为1.5Mb/s。MPEG-
1的视频原理框图和H.261的相似。MPEG-1视频压缩技术的特点：1. 随机存取；2. 快速正向/逆向搜索；3 .逆向重播；4. 视听同步；5. 容错性；6. 编/解码延迟。MPEG-1视频压缩策略：为了提高压缩比，帧内/帧间图像数据压缩技术必须同时使用。帧内压缩算法与JPEG压缩算法大致相同，采用基于DCT的变换编码技术，用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法，采用预测法和插补法。预测误差可在通过DCT变换编码处理，进一步压缩。帧间编码技术可减少时间轴方向的冗余信息。MPEG-1 是国际接受的有关压缩数字音频和视频信号的标准。实际标准是ISO-IEC 标准, 而MPEG( 活动图像专家小组) 则代表开始制订该标准的小组。这标准有三个部分: 音频、视频以及系统。MPEG-1 本来是为数字储存媒体储存音频和视频信息而制订的标准。这个标准在大约1. 5Mbps 下工作是最佳的。这个速率很重要, 因为它是未压缩CD 的数据速率, 而且也适合数字录音带。通常, 音频信号在这个带宽采用大约192kbit / s, 而系统的数据流也需要某一带宽。结果, 视频信号大约要1. 15Mbit / s。存取储存的视频和音频信息的某些要求对制订这个标准起了很大的作用。存取储存的材料是重要的, 而在内部也为随机存取、快进和倒转以及反向重播安装设备。和视像会议的标准不同, MPEG 倾向于控制质量而不是控制位速率。规定了某些参数来获得一定的质量水平而不是调节该系统在特定的位速率( 例如ISDN 信道的带宽) 下工作。MPEG- 1
和H. 261 所用的编码方法有显著的差别。举例说, H. 261 有两种帧: intra( 帧内) 和inter( 帧间) , 但在三相四极插头MPEG- 1 则有三种。MPEG 中的int ra 帧称为I 帧, 和其他标准中的intar 帧类似。MPEG 中的inter 帧好像H. 261 中的inter 帧, 基本上要对现行帧进行预测, 而且这种预测帧要对移动作出补偿。取得这种预测和实际的现行帧之间的帧差异就可以产生预测帧P。MPEG- 1 中所用的第三种帧称为双向帧B。在前后出现的I 帧和P 帧之间插入一些B 帧。产生这些双向帧的方法会影响到随机存取视频信号的能力以及该视频信号的质量。视频信号流中I 帧之间的距离影响随机存取的性能, 而P 帧之间的距离则影响系统的复杂性和视频信号的质量, MPEG- 1 另一个有趣的特点是, 帧的传送并不依照这些帧的产生次序, 所以解码器需要存储器以便解码器可以产生双向帧。之间插入一些B 帧。产生这些双向帧的方法会影响到随机存取视频信号的能力以及该视频信号的质量。视频信号流中I 帧之间的距离影响随机存取的性能, 而P 帧之间的距离则影响系统的复杂性和视频信号的质量, MPEG- 1 另一个有趣的特点是, 帧的传送并不依照这些帧的产生次序, 所以解码器需要存储器以便解码器可以产生双向帧。
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