教你几种监控系统视频压缩的算法及分析

    随着人们的安防意识的不断加强，监控系统已经发展到了前所未有的新高度。公交摄像头、电信全球眼、公共场所电子眼等与监控系统相关话题在社会掀起了一阵又一阵关于人身安全与个人隐私取舍的热烈讨论。可见监控系统至于当今社会的重要性不言而喻。 

　　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）、JPEG 2000、AVS。 

　　MPEG 

　　MPEG是Moving Pictures Experts Group,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(Direct Broadcast Satellite)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-4 ASP (Advanced Simple Profile), MPEG-4 SP (Simple Profile), 及MPEG-4 Short Header，其中由于MPEG-4 ASP提供完整的 I, B, P frames，因此可提供较好的压缩比率，而MPEG-4 SP及MPEG-4 Short Header 只能提供I, P frames，因此在相同的影像画质下，MPEG-4 ASP所需的频宽远比MPEG-4 SP或Short Header 来得小。在目前的实际应用中，MPEG-4 ASP 及 SP 通常用在ASIC架构的芯片上，而Short Header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：joint videoteam）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- Join Photographic Experts Group）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。JPEG 2000算法也是以WAVELET为技术核心开发的。 

　　JPEG 2000 

　　JPEG 2000， 正式名称为 “ISO 15444” ，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(Discrete Cosine Transform) 为主的区块编码方式，而改采以小波转换(Wavelet transform) 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 （Audio Videocoding Standard）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。