《用于安全技術的數(shù)字視頻標準》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《用于安全技術的數(shù)字視頻標準（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、大易工作室一弱電工程技術文章 版權所有大易工作室 1997 2003 sdayi@ 用于安全技術的數(shù)字視頻標準 過去幾年，為了歸檔和傳輸，人們越來越多地把來自監(jiān)視攝象機的模擬視頻信號數(shù)字化。 本文概述當前用于數(shù)字化和數(shù)據(jù)壓縮的方法，并分析它們在 CCTV系統(tǒng)中應用的優(yōu)缺點。 數(shù)字視頻信號相對模擬信號有許多優(yōu)點：數(shù)字視頻信號可以用計算機或信號處理器處 理并通過數(shù)字網(wǎng)絡傳輸。最重要的是，采用現(xiàn)有（電話）線路的傳輸和不會磨損的硬盤記錄 正在推動數(shù)字視頻信號的趨向。但是，由于數(shù)字視頻信號依照 CCIR601、具有216Mbit/s的 很高的數(shù)據(jù)轉換率，實現(xiàn)處理和傳輸

2、必須使用適合的數(shù)據(jù)壓縮方法。 國際上已經(jīng)為各種應用開發(fā)了壓縮算法，并經(jīng)各種組織測試和標準化。這些不同的方 法在某種程度上只是可供選擇的辦法， 因為它們是為不同目的開發(fā)的， 因此只適合于特定應 用。大體說來，這些標準化的視頻壓縮方法實際所用的方法也應該基于國際標準， 特殊應用 除外。在這些壓縮算法中， 有些允許在標準內有一定程度的變化， 因此可以最佳地適應安全 技術的需求。最常用的視頻壓縮方法使用臨近像素的統(tǒng)計類似性。 通常使用DTC離散Cosine 轉換）把圖像逐塊轉換為頻率間隔。使用了人視覺的心理視覺特性。在視頻編碼中，也能夠 使用強大的連續(xù)幀的時間相關， 亦即所表現(xiàn)的對像通常是靜

3、態(tài)的或多少以恒定方式運動。 如 果用運動評估計算圖像之間的差別， 只需要從幀到幀地轉換這些改變。 安全技術中使用的攝 象機在正常分辨率時有 512 X 576個活躍像素，在較高分辨率時通常有 752X 582個活躍像素。 按照CCIR601,用彩色信息 YUV4 2: 2將720X 576個像素數(shù)字化。這等效于使用大約 6到 7MHz模擬帶寬的S-VHS質量。由于對于許多應用來說 VHS質量就足夠，定義了標準圖像格 式CIF （普通中間格式）：亮度信號Y使用352X 288個像素，色度信號U和V使用176X144 個像素。使用CIF分辨率大大減小了數(shù)據(jù)量，同時又提供足夠的圖像質量。

4、JPEG JPEG 標準是由聯(lián)合照相專家組（ISO的1部分）開發(fā)的，用于有效存儲個別的幀。壓 縮因數(shù)在0道0之間時，單幀中沒有可以感覺到的可見質量損失。壓縮因數(shù)加大到 40時， 量化的非自然信號明顯可見。 這一標準在該標準本身中沒有定義。 根據(jù)這一標準格式，為了 版權所有大易工作室 1997 2003 sdayi@ 獲得質量和存儲要求之間的良好折中, 353X 288個像素的CIF分辨率也在安全技術中變得 普遍起來。 M-JPEG 一個視頻序列包括許多單獨的幀。 通過把上述JPEG方法反復應用于視頻序列的幀， 能 夠減少攝象機信號的數(shù)據(jù)量；這一方法稱為運動 JPE

5、G即M-JPEG因此它不是一種新的獨立 的方法。由于對于M-JPEG來說不考慮單獨的幀之間的關系，這一方法與H.320/H.261或MPEG 方法相比只能獲得比較低的壓縮率。但是， M-JPEG在安全技術領域十分流行，特別是在視 頻序列存檔方面，因為訪問單獨的幀很容易、而且所需要的硬件成本較低。一個難題是 M-JPEG方法還么有實現(xiàn)國家標準化，而且 JPEG不包括傳輸標準。因此不同廠家的實施是不 兼容的。作為一種變型，通常用 JPEG方法對連續(xù)圖像之間的差別進行編碼進一步減少數(shù)據(jù) 量。這一微分幀方法也沒有標準化，因此需要同一廠家的解碼器來進行解碼。 H.320/H.261 H.32

6、0 標準是一種ITU-T建議（國際點心聯(lián)盟），不久前才最終定案。 H.320包括一系 列子標準，用以處理一個完全系統(tǒng)的各個部分。例如， H.261描述視頻編碼，H.221負責音 頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制信息的多路技術。 H.320建議主要用于電視會議系統(tǒng)和電視電話，而 且通過ISDN （遺體化服務數(shù)字網(wǎng)絡）傳輸可實現(xiàn)優(yōu)化。 在128kbit/s （2ISDN B信道），可以獲得很好的圖像質量和很好的更新率。由于從 64 到1920kbit/s 的帶寬范圍很大，使用任何其他媒介（ LAN WAN幾乎都是可能的。 具體而言，由于 H.320是為人之間的雙響視頻通信開發(fā)的，這一標準可用于安全

7、技術 的時時傳輸。在人對人的通信中，延遲保持在十分之一秒內十分重要， 因為不這樣就很難進 行自然談話。這一短延遲趨向在安全技術中十分有用， 例如，在動作是通過遠程視頻監(jiān)視觸 發(fā)或攝象機只能遠程控制的時候。 大易工作室一弱電工程技術文章 可以使用H.320按照該標準實施的另一重要特征正在影響圖像質量。用戶可在視力優(yōu) 化傳輸和運動優(yōu)化傳輸之間進行選擇、并確定適當?shù)恼壑小? H.261 通常以上述 CIF分辨率（352X 288）傳輸圖像，但是也能以這一分辨率的四分 之一 QCIF （176X 144）傳輸。在該標準的附錄 D中，還描述了 704X 576個像素的高分辨率 模式。

8、H.320不只限于圖像編碼，她還對整個傳輸系統(tǒng)的各個組成部分進行標準化。因此， H.320的最大優(yōu)點是它在不同廠家終端之間的兼容性。例如，一個廠家 ISDN電視電話可以 與另一廠家ISDN電視會議系統(tǒng)或ISDN視頻發(fā)射機進行視聽通信，只要兩者都支持 H.320 標準就行。 H.263 H.263 是H.261方法的進一步發(fā)展， 而且已經(jīng)專門為 H.324內64kbit/s 以下的低數(shù)據(jù) 轉換率進行優(yōu)化，例如，用于通過調制解調器連接和模擬電話線路。 H.320展望用H.263 代替H.261，只要兩個終端都支持這一標準。特別上兆秒毫移動無線網(wǎng)絡 GSM（9600bit/s ） 或

9、模擬電話網(wǎng)絡內傳輸，使用H.263改善圖像質量和圖像更新率。在更高的數(shù)據(jù)率下，質量 可以與H.261相比較。 MPEG MPEG （運動圖像專家組）是有 ISO專家組制訂的標準。MPEG1初是作為MPEG-1開發(fā) 的，用于在CD-ROMt進行視頻存儲，旨在提供可以與 VHS想比較的質量。MPEG-1定義SIF 圖像格式，具有 352X 288個像素和1.5Mbit/s 的典型數(shù)據(jù)轉換率。這一方法具有和 H.320 類似的結構，盡管它面向存儲視頻信號， 但是卻沒有考慮延遲。相反， 為支持錄象機的諸如 快進和倒帶的功能，I幀（JPEG編碼的單幀）被分配給整個數(shù)據(jù)六以便能夠在記錄內隨機 訪

10、問。因此導致的效率降低通常由兩個雙向內插的幀（ B幀）按編碼的微分幀（P幀）補償。 由于記錄中與實時沒有直接關系，這一 “訣竅”沒有進一步的結果。但是在實時系統(tǒng)中，這 一非異國的正向關系引起延遲， 因為下一編碼圖像必須在它能夠開始插入許可的圖像之前傳 輸。除了要求存儲幾個圖像之外，使用這一方法不能對攝象機進行遠程控制。 如果使用MPEG 而沒有B幀和分散的I幀，它實際上與 H.320相同。 MPEG-1 標準的延伸一一MPEG-2是專門為數(shù)字TV開發(fā)的。MPEG-濤慮TV信號使用的 隔行掃描；此外，MPEG-2好似提供若剛質量級別和選擇，稱為簡檔文件和級別，可以進行 專業(yè)圖像傳輸。定義了

11、可達 15Mbit/s的書率轉換率。 MPEG-4 最初發(fā)起的目的是為極低數(shù)據(jù)轉換率（ 〈〈64kbit/s ）開發(fā)視頻編碼。但是，最 初的結果即使與 H.324比較也不令人信服，因此注意力逐漸轉向與圖像內容和現(xiàn)場 （由自然 內容和計算機生成的內容構成）描述交互作用的工具。 MPEG-4定義一個可以描述任何相鄰 圖像分區(qū)的工具包，因而應該成為安全技術的數(shù)字視頻標準， 用于編輯圖像和視頻。MPEG-4 的標準化還沒有完成。 子波 與JPEG一樣，子波方法也是為給單獨幀編碼而開發(fā)的。 JPEG方法中，圖像首先被分 成8X8的數(shù)據(jù)塊，然后再分別編碼。但是子波方法還包括過濾整個圖像，以

12、便把它分成不 同級別的分辨率。圖像因此被奉承低通和高通部分（分辨率金字塔） ，這對人的感知也十分 重要。不同形狀的波稱為“子波”，用來進行過濾，而它們的系數(shù)描述圖像內容。 與JPEG比較，子波轉換的優(yōu)點至少在理論上是描述更簡潔。 此外，在較高壓縮率在不 可避免的人工效應物使用子波方法時通常主觀感覺上可以接受： 在較高壓縮率時，子波編碼 的圖像變得模糊，圖像邊緣因為濾波而有拖影， 而使用JEPEG寸，由于圖像數(shù)據(jù)塊得分別編 碼，會出項特別討厭的“阻塞”效果。實際上，子波和 JEPEGT法并沒有表現(xiàn)出任何明顯的 性能差別，盡管市場的看法與此相反。 所使用的大量基于子波的功能妨礙標準化，

13、 因而在不 同的編碼器和解碼器之間沒有兼容。 不規(guī)則碎片形圖像壓縮 JPEG 一樣，這不是一種沒有損失的壓縮方法，而是基于碎片幾何學的壓縮方法。這一 方法的基礎是人們觀察到：自然目標表現(xiàn)出“自相似性” ，而且服從碎片幾何學（按照這一 學說，海岸結構的微細結構完全相像，亦即它們重復） 。編碼的任務是要發(fā)現(xiàn)數(shù)字圖像內的 這種類似性、并有效地描述這些碎片和它們的重復。 這一方法因為分析復雜壓縮速度十分慢， 而且還沒有標準化。 結論 在安全技術中，圖像壓縮大多用于本地存儲和實時傳輸。在本地存儲中，可以達到的 壓縮因數(shù)并不十分重要，只要數(shù)據(jù)轉化率可以用今天的硬盤處理即可， 而且數(shù)據(jù)量并不過

14、分 地限制記錄持續(xù)時間。因此直接訪問記錄圖像的單獨幀十分重要。諸如（ M）JPEG或子波的 凍結幀編碼方法適合與這一應用。 由于各個廠家分別優(yōu)化了這一方法， 因此他們之間的不相 容是自由數(shù)據(jù)交換的障礙。如果你要使用標準圖像觀察器觀察這種圖像， 通常首先必須損失 速度將其轉換為標準 JEPEG格式。對于實時傳輸，兩種方法都不適用，因為它們通過 ISDN 傳輸時壓縮率低，重放更像是快速幻燈片，而不是電影。 如果你的要求很高，需要速度大 25幀/秒的遠程視頻傳輸，H.320是正確的標準。通 過ISDN的傳輸經(jīng)過優(yōu)化以后，即使在較低的傳輸率比如 GSMF,也能夠提供有益的結果。 有趣的

15、是，H.320效率決不比JPEG低。但是，有可能按照該標準控制 H.320,這樣只 對單幀進行編碼并因此生成 JPEG性能。這一點與能夠達到 704 X 576個像素的不同等級分辨 率意味著，H.320注定是用于安全技術、甚至視頻記錄的通用方法。 在H.320的基礎上，同時確立了用于模擬電話網(wǎng)絡的 H.324標準和用于計算機網(wǎng)絡 （TCP/IP）的H.323標準。由于這些標準都是基于同一方法， H.320是一種將來使用不同種 類網(wǎng)絡傳輸?shù)耐顿Y。 由于在H.320的ISDN傳輸中已經(jīng)包括了音頻標準 G.711、G.722和G.728,沒有用于視 聽傳輸?shù)钠渌x擇。 例如，在播放地鐵站的實況圖像時， 可以進行通告。特別是對于執(zhí)行視 頻 版權所有大易工作室 1997 2003 sdayi@ 大易工作室一弱電工程技術文章 來源：中國安防產(chǎn)品信息 版權所有大易工作室 1997 2003 sdayi@