视频编码技术的基本原理及其现状分析

　　目前监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术。对于最终用户来言他最为关心的主要有：清晰度、存储量（带宽）、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术，将很大程度影响以上几大要素。

　　MJPEG

　　MJPEG（Motion JPEG）压缩技术，主要是基于静态视频压缩发展起来的技术，它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化，只单独对某一帧进行压缩。

　　MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像，可以动态调整帧率、分辨率。但由于没有考虑到帧间变化，造成大量冗余信息被重复存储，因此单帧视频的占用空间较大，目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K字节/帧，通常要8~20K！

　　MPEG-1/2

　　MPEG-1标准主要针对SIF标准分辨率(NTSC制为352X240；PAL制为352X288)的图像进行压缩. 压缩位率主要目标为1.5Mb/s.较MJPEG技术，MPEG1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高。但MPEG1也有较多不利地方:存储容量还是过大、清晰度不够高和网络传输困难。

　　MPEG-2 在MPEG-1基础上进行了扩充和提升，和MPEG-1向下兼容，主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域，分辨率为：低(352x288)，中(720x480)，次高(1440x1080)，高(1920x1080)。MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率，满足了用户高清晰的要求，但由于压缩性能没有多少提高，使得存储容量还是太大，也不适和网络传输。

　　MPEG-4

　　MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高，在CIF（352*288）或者更高清晰度（768*576）情况下的视频压缩，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势，也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率，以降低存储量。

　　MPEG-4由于系统设计过于复杂，使得MPEG-4难以完全实现并且兼容，很难在视频会议、可视电话等领域实现，这一点有点偏离原来地初衷。另外对于中国企业来说还要面临高昂的专利费问题，目前规定：

　　1、每台解码设备需要交给MPEG-LA 0.25美元

　　2、编码/解码设备还需要按时间交费（4美分/天=1.2美元/月 =14.4美元/年）

　　H.264/AVC

　　H.264集中了以往标准的优点，在许多领域都得到突破性进展，使得它获得比以往标准好得多整体性能：

　　1、和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可节省50％的码率，使存储容量大大降低；

　　2、 H.264在不同分辨率、不同码率下都能提供较高的视频质量；

　　3、 采用“网络友善”的结构和语法，使其更有利于网络传输。

　　H.264采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广，更容易在视频会议、视频电话中实现，更容易实现互连互通，可以简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个完整的系统。

　　MPEG LA吸收MPEG-4的高昂专利费而使它难以推广的教训，MPEG LA制定了以下低廉的H.264收费标准：H.264广播时基本不收费；产品中嵌入H.264编/解码器时，年产量10万台以下不收取费，超过10万台每台收取0.2美元，超过500万台每台收取0.1美元。低廉的专利费使得中国H.264监控产品更容易走向世界。

监控中视频编码分辨率的选择

　　目前监控行业中主要使用以下分辨率：SQCIF、QCIF、CIF、4CIF。

　　SQCIF和QCIF的优点是存储量低，可以在窄带中使用，使用这种分辨率的产品价格低廉；缺点是图像质量往往很差、不被用户所接受。

　　CIF是目前监控行业的主流分辨率，它的优点是存储量较低，能在普通宽带网络中传输，价格也相对低廉，它的图像质量较好，被大部分用户所接受。缺点是图像质量不能满足高清晰的要求。

　　4CIF是标清分辨率，它的优点是图像清晰。缺点是存储量高，网络传输带宽要求很高，价格也较高。

分辨率新的选择－528x384

　　2CIF（704x288）已被部分产品采用，用来解决CIF清晰度不够高和4CIF存储量高、价格高昂的缺点。但由于704x288只是水平分辨率的提升，图像质量提高不是特别明显。

　　经过测试，我们发现另外一种2CIF分辨率528x384，比704x288能更好解决CIF、4CIF的问题。特别是在512Kbps－1Mbps码率之间，能获得稳定的高质量图像，满足用户较高图像质量的要求。目前这一分辨率已被许多网络多媒体广播所采用，被广大用户所接受。比如杭州网通网上影院是采用512x384分辨率,在768k下能稳定地获得近似DVD的图像质量。

　　监控中实现视频编码的最佳方式

　　目前视频编码正处于一个技术日新月异的时期，视频编码的压缩性能在不断得到提升。

　　在监控中主要使用ASCI和DSP两种方案。由于ASIC芯片的设计、生产周期过长，使它已跟不上视频编码的发展速度。而DSP芯片，由于它的通用设计，使它能实现各种视频编码算法，并且可以及时更新视频编码器，紧跟视频编码的发展速度。另外使用DSP芯片可以比ASIC更灵活的配置编码器，使编码器达到最佳性能。

　　海康威视产品目前达到的技术水准

　　海康威视产品采用最先进的H.264视频压缩算法和高性能的DSP处理器。

　　强大的H.264视频压缩引擎使产品获得极高的压缩比、高质量的图像质量和良好的网络传输性能。高性能的DSP处理器能灵活的配置视频编/解码器：动态设置分辨率、帧率、码率、图像质量等；可以双码流输出，达到本地存储和网络传输分别处理的功能。

　　使用TM130X DSP的产品，单个芯片能实时压缩一路以下分辨率的视频：SQCIF、QCIF、CIF、2CIF(PAL:704x288或528x384)。

　　使用DM642 DSP的产品，单个芯片能实时压缩4路以下分辨率的视频：SQCIF、QCIF、CIF、2CIF(PAL:704x288或528x384)。单个芯片能实时压缩2路4CIF视频。

　　1、基本概念：嵌入式、实时与多任务

　　a、嵌入式：软件(包括操作系统和功能软件)集成于硬件系统之中，简单的说就是软件与硬件一体的系统。

　　b、实时：在规定的时限内响应事件。超时的响应是失败的响应。

　　c、多任务：同时响应多个请求

　　d、实时系统与分时系统：

　　实时与非实时相对

　　分时与非分时(独占)相对

　　2、嵌入式硬盘录像机的特点

　　a、嵌入式、实时、多任务设备

　　b、软硬件专业性强，无多余功能

　　c、结构简单紧凑，体积小
嵌入式硬盘录像机技术难点?

　　1、硬盘管理

　　硬盘记录数据的有效性、可快速检索、错误恢复能力、硬盘的使用寿命（无论是嵌入式还是PC式DVR，目前硬盘管理问题没有得到有效解决）

　　2、网络传输

　　硬盘录像机：网络管理

　　视频：网络传输

　　3、视频编解码

　　视频编解码及其辅助功能的实现
嵌入式硬盘录像机现状?

　　1、国内品牌为主

　　a 、不同的技术要求和标准

　　b、客户定制化服务的要求越来越高

　　c、及时的技术支持和售后服务

　　2、厂商越来越多，竞争非常激烈

　　3、产品正逐步走向成熟

七、嵌入式硬盘录像机发展趋势?

　　1、更广的应用领域

　　2、更高的帧率、分辨率

　　3、更低的码率

　　4、更丰富的功能

　　5、更强的主机性能，支持更多通道

　　6、更高的可*性

　　7、更强的网络性能

　　8、与基于PC机的DVR长期共存
市场背景

　　伴随着计算机及网络技术的飞速发展，尤其视频编解码技术的日益成熟、计算机处理能力的快速提高、以及宽带的逐渐普及，基于Internet的视频网络实时应用在许多行业和政府部门被大范围采用，尤其是银行、广电、石油、电力等行业，出现了许多成功案例。

　　提到基于Internet的视频网络实时应用，我们可能更多地会想到可视电话及视频会议系统、电视网络实况转播、远程教育等。这些Internet视频实时应用对软硬件的性能要求很高，要求既达到较高的帧率，又达到较低的码率，所以需要足够强大的处理能力（包括算法及芯片处理能力）。而要具备这种处理能力，往往需要昂贵的专用设备。

　　对于安防所涉及的数字视频网络监控系统，由于行业特性所决定，数据采集点较多，需要相应配置大量的编码设备，因此，与其他视频网络实时应用相比，价格成为一个相对比较敏感的因素。

　　以往的数字视频网络监控系统，基本上都是基于局域网或者专网。但是实际应用环境却很难保证这样的网络条件，因此系统集成商无法给用户提供一个完整的解决方案。

　　例如银行的ATM机数字集中式监控系统，就可能需要提供基于Internet的解决方案：宽带为主，窄带为辅。

　　首先ATM机原来预留的专网入口需要传输业务数据，考虑到ATM机24小时在线的业务服务和24小时视频监控的要求，我们很难提供一种解决方式，在同一个专网上，既保证业务数据传输稳定，又保证监控画面流畅，因此，我们需要考虑从宽带运营商租用线路，通过宽带传输视频数据。而且，从运行模式和成本上考虑，很多ATM机并不需要随时传输视频数据，往往只在异常发生的情况下，主动要求监控中心切换监控点；或者在监控中心定时巡查各监控点的时候才需要在线。这种情况下，就不需要为ATM机常年租用线路，只需要开通ADSL、ISDN、甚至通过电话线连接的方式。

　　近两年，国内厂商不断推出高性能、高性价比的视音频压缩卡和嵌入式网络监控设备，使得基于Internet的数字视频网络监控系统成为可能，如上述ATM机数字集中式监控系统。