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监控系统中几种主要的视频压缩算法

发布日期:2020-04-23 10:28
信息摘要:
监控系统大致可分为信号采集、传输、记录三部分。应用不同的视频压缩格式会影响到图像清晰度、画面延时、稳定性,主要的视频压缩算法包括:M-JPEG、Mpeg、H.264、Wavelet(小波压缩)、...
  监控系统大致可分为信号采集、传输、记录三部分。应用不同的视频压缩格式会影响到图像清晰度、画面延时、稳定性,主要的视频压缩算法包括:M-JPEG、Mpeg、H.264、Wavelet(小波压缩)、JPEG2000、AVS。
 
  MPEG
  MPEG是MovingPicturesExpertsGroup,动态图象专家组的英文缩写,小组始建于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共包括MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,MPEG-7四种算法。
  MPEG-1制定于1992年,为工业级标准而设计,可适用于不同带宽的设备,如CD-ROM、Video-CD、CD-i;
  MPEG-2制定于1994年,设计目标是高级工业标准的图象质量以及更高的传输率,除了做为DVD的指定标准外,还可用于为广播,有线电视网,电缆网络以及卫星直播(DirectBroadcastSatellite)提供广播级的数字视频;
  MPEG3是ISO/IEC最初为HDTV开发的编码和压缩标准,要求传输速率在20Mbits/sev-40Mbits/sec间,但这将使画面有轻度扭曲,而且由于MPEG2的高速发展,此算法已被淘汰;
  MPEG-4传输速率要求较低,与MPEG-1和MPEG-2相比,更适于交互AV服务以及远程监控。此算法也是目前在监控领域应用比较广泛、成熟的;目前市场上的MPEG-4压缩算法有MPEG-4ASP(AdvancedSimpleProfile),MPEG-4SP(SimpleProfile),及MPEG-4ShortHeader,其中由于MPEG-4ASP提供完整的I,B,Pframes,因此可提供较好的压缩比率,而MPEG-4SP及MPEG-4ShortHeader只能提供I,Pframes,因此在相同的影像画质下,MPEG-4ASP所需的频宽远比MPEG-4SP或ShortHeader来得小。在目前的实际应用中,MPEG-4ASP及SP通常用在ASIC架构的芯片上,而ShortHeader多用在DSP架构上。
 
  H.264
  H.264从技术上来说也是属于MPEG-4范畴的,是ITU-T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC的活动图像编码专家组(MPEG)的联合视频组(JVT:jointvideoteam)开发的一个新的数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。与MPEG-4一样,H.264是目前在监控领域应用比较广泛的算法。在同等的图像质量条件下,H.264具有更高的数据压缩比当前MPEG-2高2-3倍,比MPEG-4高1.5-2倍。H.264具有一定的先进性是公认的,但是它并不是首选的压缩标准,特别是作为监控产品,因为它还带有一些技术上的缺陷,如系统资源占用高、音视频不同步以及录象占用空间大。
 
  M-JPEG
  M-JPEG(Motion-JoinPhotographicExpertsGroup)技术即运动静止图像(或逐帧)压缩技术,广泛应用于非线性编辑领域可精确到帧编辑和多层图像处理,把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理,这种压缩方式单独完整地压缩每一帧,在编辑过程中可随机存储每一帧,可进行精确到帧的编辑,不过M-JPEG压缩效率比较低,存储占用的空间大到每帧8~15K字节,最好也只能做到每帧3K字节,但如果因此而采用高压缩比则视频质量会严重降低。此外,M-JPEG这种压缩方式并不是一个完全统一的压缩标准,不同厂家的编解码器和存储方式并没有统一的规定格式。
 
  Wavelet(小波压缩)
  小波变换(WAVELET)是MPEG4标准的一部分。该算法在图象处理方式上的特殊性,决定了它在影像回放和远程传输方面上的优越性。在回放时画面的清晰度远MPEG4等压缩算法高得多。WAVELET算法使用逐渐编码方法,它先将整个图像以较低的分辩率编码,然后逐渐增加细节,这和MPEG2等,则是将图像分成一定大小的图块,进行编码,如果需要不同的分辩率,则需要再次分割图像,并逐个编码。用WVELET算法处理的图像,轮廓清晰,既便在图像分辩率较低时,在辨认局部表情和面板数字这些细节时,也比其它压缩算法效果好得多。WAVELET的力像质量好,图像质量和传输位率之间为线性关系。JPEG2000算法也是以WAVELET为技术核心开发的。
 
  JPEG2000
  JPEG2000,正式名称为"ISO15444",同样是由JPEG组织负责制定,与传统JPEG最大的不同是在于它放弃了JPEG所采用的以离散馀弦转换(DiscreteCosineTransform)为主的区块编码方式,而改采以小波转换(Wavelettransform)为主的多解析编码方式。小波转换的主要目的是要将影像的频率成分抽取出来。可以实现比JPEG更高的压缩比和同时支持有损压缩和无损压缩。不过目前在监控系统中的应用还是比较少。
 
  AVS
  AVS(AudioVideocodingStandard)是我国第一个具有自主知识产权的数字音视频编解码技术标准。AVS标准在国家标准计划中的正式名称为《信息技术先进音视频编码》,它是我国第一个具有自主知识产权、达到国际先进水平的数字音视频编解码标准。通过综合的评测对比,AVS与H.264的编码效率处于同一水平,不过由于具有自主的知识产权,在相关产品开发上具有明显的成本优势。
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