MPEG4是適合監視的壓縮技術
MPEG4於1998年4月發布。國際標準MPEG1999最初預期於4年4月投入使用，它不僅用於以一定比特率進行的視頻和音頻編碼，而且更加關注MPEG4800的交互性和靈活性。多媒體系統。 MPEG專家組的專家正在為MPEG-64000的製定而努力。 MPEG-4800標準主要用於視頻電話，視頻電子郵件和電子新聞等。其傳輸速率要求相對較低，在64000-176bits / sec之間，而分辨率在144-4bits / sec之間。 是XNUMXXXNUMX。 MPEG-XNUMX使用非常窄的帶寬，通過幀重建技術壓縮和傳輸數據，以便獲得最少的數據並獲得最佳的圖像質量。
與MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特點是它更適合於交互式AV服務和遠程監視。 MPEG-4是第一個將您從被動更改為主動的動態圖像標準（不再只是觀看，而是允許您加入，也就是交互式）。 它的另一個特點是它的全面性； 從源頭上講，MPEG-4嘗試將自然對象與人造對象混合在一起（從視覺效果的角度來看）。 MPEG-4的設計目標還具有更廣泛的適應性和可擴展性。 MPEG4試圖實現兩個目標：
1.低比特率的多媒體通信；
2.它是多個行業中多媒體通信的綜合。
根據這一目標，MPEG4引入了AV對象（音頻/ Visaul對象），從而使更多的交互操作成為可能。 MPEG-4的視頻質量分辨率較高，而數據速率較低。 主要原因是MPEG-4採用ACE（高級解碼效率）技術，這是MPEG-4首次使用的一組編碼算法規則。 與ACE相關的目標定向可以實現非常低的數據速率。 與MPEG-2相比，它可以節省90％的存儲空間。 MPEG-4還可以在音頻和視頻流中進行廣泛升級。 當視頻在5kb / s和10Mb / s之間變化時，可以處理2kb / s和24kb / s之間的音頻信號。 特別重要的是要強調MPEG-4標準是一種面向對象的壓縮方法。 它不是簡單地將圖像分為MPEG-1和MPEG-2之類的某些塊，而是根據圖像的內容，對象（對象，字符，背景）進行分離，以執行幀內和幀間編碼和壓縮，並允許在不同對象之間靈活分配編碼率。 更多的字節分配給重要對象，而更少的字節分配給輔助對象。 因此，大大提高了壓縮率，從而可以以較低的編碼率獲得更好的結果。 MPEG-4的面向對象的壓縮方法也使圖像檢測功能和準確性得到了更多體現。 圖像檢測功能使硬盤錄像機系統具有更好的視頻運動警報功能。
簡而言之，MPEG-4是具有低比特率和高壓縮率的全新視頻編碼標準。 傳輸速率為4.8〜64kbit / s，佔用相對較小的存儲空間。 例如，對於分辨率為352×288的彩色屏幕，當每幀佔用的空間為1.3KB時，如果選擇25幀/秒，則每小時需要120KB，每天需要10小時，每月需要30天，每個頻道每月36GB。 如果是8通道，則需要288GB，這顯然是可以接受的。
該領域有許多技術，但同時最基礎和最廣泛使用的是MPEG1，MPEG2，MPEG4和其他技術。 MPEG1是一種壓縮率高但圖像質量較差的技術。 MPEG2技術主要關注圖像質量，壓縮率小，因此需要較大的存儲空間。 MPEG4技術是當今比較流行的技術，使用該技術可以節省空間，具有較高的圖像質量並且不需要較高的網絡傳輸帶寬。 相反，MPEG4技術在中國相對流行，並且也得到了業界專家的認可。
根據介紹，由於MPEG4標準使用電話線作為傳輸介質，因此可以根據應用程序的不同要求在現場配置解碼器。 它與基於專用硬件的壓縮編碼方法的區別在於，編碼系統是開放的，並且可以隨時添加新的有效算法模塊。 MPEG4根據圖像的空間和時間特性調整壓縮方法，從而獲得比MPEG1更大的壓縮率，更低的壓縮碼流和更好的圖像質量。 它的應用目標是窄帶傳輸，高質量壓縮，交互式操作以及將自然對象與人造對象集成在一起的表達式，同時還特別強調廣泛的適應性和可伸縮性。 因此，MPEG4基於場景描述和麵向帶寬的設計特點，非常適合視頻監控領域，主要體現在以下幾個方面：
1.節省存儲空間-採用MPEG4所需的空間是MPEG1或M-JPEG的10/1。 此外，由於MPEG4可以根據場景變化自動調整壓縮方式，因此可以確保靜止圖像，一般運動場景和激烈運動場景的圖像質量不會下降。 這是一種更有效的視頻編碼方法。
2.高圖像質量-MPEG4的最高圖像分辨率為720x576，接近DVD的圖像效果。 基於AV壓縮模式的MPEG4確定它可以保證運動對象的清晰度，並且時間/時間/圖像質量是可調的。
3.對網絡傳輸帶寬的要求不高-因為MPEG4的壓縮率是同等質量的MPEG10和M-JPEG的1倍以上，所以網絡傳輸期間佔用的帶寬僅為其的1/10左右。質量相同的MPEG1和M-JPEG。 。 在相同的圖像質量要求下，MPEG4僅需要更窄的帶寬。
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新視頻編碼標準H.264的技術亮點
概要：
對於實際應用，由兩個主要的國際標準化組織ISO / IEC和ITU-T共同製定的H.264建議是視頻編碼技術的新發展。 它在多模式運動估計，整數轉換，統一的VLC符號編碼和分層編碼語法方面具有其獨特的功能。 因此，H.264算法具有很高的編碼效率，其應用前景不言而喻。
關鍵詞：視頻編碼圖像通信JVT
自1980年代以來，引入了兩個主要的國際視頻編碼標準系列，即ISO / IEC制定的MPEG-x和ITU-T制定的H.26x，開創了視頻通信和存儲應用的新紀元。 從H.261視頻編碼建議到H.262 / 3，MPEG-1 / 2/4等，一直在追求一個共同的目標，即在盡可能低的比特率下獲得盡可能多的目標。 （或存儲容量）。 良好的圖像質量。 此外，隨著市場對圖像傳輸的需求增加，如何適應不同信道的傳輸特性的問題變得越來越明顯。 這是由IEO / IEC和ITU-T共同開發的新視頻標準H.264要解決的問題。
H.261是最早的視頻編碼建議，目的是標準化ISDN網絡會議電視和視頻電話應用中的視頻編碼技術。 它使用的算法結合了可以減少時間冗餘的幀間預測的混合編碼方法和可以減少空間冗餘的DCT變換。 它與ISDN通道匹配，其輸出編碼率為p×64kbit / s。 當p的值較小時，只能傳輸低清晰度的圖像，適合面對面的電視通話； 當p的值較大時（例如p> 6），可以傳輸清晰度更高的會議電視圖像。 H.263建議使用低比特率圖像壓縮標準，從技術上講，這是對H.261的改進和擴展，並支持比特率小於64kbit / s的應用程序。 但是實際上，已經開發了H.263以及更高版本的H.263 +和H.263 ++以支持全比特率應用。 從事實可以看出，它支持多種圖像格式，例如Sub-QCIF，QCIF，CIF，4CIF甚至16CIF等格式。
MPEG-1標準的碼率約為1.2Mbit / s，它可以提供30幀CIF（352×288）質量的圖像。 它專為視頻存儲和播放CD-ROM光盤而設計。 MPEG-261標準視頻編碼部分的基本算法類似於H.263 / H.1，並且還採用諸如運動補償幀間預測，二維DCT和VLC遊程長度編碼之類的措施。 另外，引入諸如幀內幀（I），預測幀（P），雙向預測幀（B）和DC幀（D）的概念以進一步提高編碼效率。 在MPEG-2的基礎上，MPEG-4標准在提高圖像分辨率和與數字電視的兼容性方面進行了一些改進。 例如，其運動矢量的精度為半像素； 在編碼操作（例如運動估計和DCT）中區分“幀”和“場”； 引入編碼可伸縮性技術，例如空間可伸縮性，時間可伸縮性和信噪比可伸縮性。 近年來引入的MPEG-4標準引入了基於視聽對象（AVO：Audio-Visual Object）的編碼，這大大提高了視頻通信的交互能力和編碼效率。 MPEG-4還採用了一些新技術，例如形狀編碼，自適應DCT，任意形狀視頻對象編碼等。 但是MPEG-263的基本視頻編碼器仍屬於類似於H.XNUMX的一種混合編碼器。
簡而言之，H.261建議是一種經典的視頻編碼，H.263是它的發展，並將在實踐中逐漸取代它，主要用於通信中，但是H.263的眾多選擇常常使用戶感到茫然。 MPEG系列標準已經從用於存儲媒體的應用程序發展到適應傳輸媒體的應用程序。 其核心視頻編碼的基本框架與H.261一致。 其中，MPEG-4的醒目的“基於對象的編碼”部分是由於仍然存在技術障礙，因此難以普遍應用。 因此，在此基礎上提出的新的視頻編碼方案H.264克服了兩者的弱點，在混合編碼的框架下引入了一種新的編碼方法，提高了編碼效率，並面臨實際應用。 同時，它是由兩個主要的國際標準化組織共同製定的，其應用前景應不言而喻。
1. JVT的H.264
H.264是由ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO / IEC的MPEG（運動圖像編碼專家組）的聯合視頻小組（JVT：聯合視頻小組）開發的新的數字視頻編碼標準。 它是ITU-T的H.10和ISO / IEC的MPEG-264的第4部分。 草案徵集工作於1998年1999月開始。第一稿於8年2001月完成。TML-264測試模型於5年2002月開發。H.XNUMX的FCD董事會在XNUMX年XNUMX月的JVT第XNUMX次會議上通過。 該標準目前正在開發中，預計將於明年上半年正式採用。
像以前的標準一樣，H.264也是DPCM加變換編碼的混合編碼模式。 但是，它採用了“回歸基礎”的簡潔設計，沒有太多選擇，並且獲得了比H.263 ++更好的壓縮性能。 它增強了對各種渠道的適應性，並採用了“網絡友好”的結構和語法。 有利於處理錯誤和丟包； 廣泛的應用目標，可以滿足不同速度，不同分辨率和不同傳輸（存儲）場合的需求； 它的基本系統是開放的，不需要版權。
從技術上講，H.264標準中有許多亮點，例如統一的VLC符號編碼，高精度，多模式位移估計，基於4×4塊的整數轉換以及分層編碼語法。 這些措施使得H.264算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質量下，比H.50可以節省大約263％的編碼率。 H.264的碼流結構具有很強的網絡適應性，提高了錯誤恢復能力，可以很好地適應IP和無線網絡的應用。
2. H264的技術亮點
分層設計
H.264算法在概念上可以分為兩層：視頻編碼層（VCL：視頻編碼層）負責有效的視頻內容表示，網絡抽象層（NAL：網絡抽象層）負責適當的方式網絡所需。 打包並傳輸數據。 H.264編碼器的層次結構如圖1所示。在VCL和NAL之間定義了一個基於數據包的接口，打包和相應的信令是NAL的一部分。 這樣，VCL和NAL分別完成了高編碼效率和網絡友好性的任務。
VCL層包括基於塊的運動補償混合編碼和一些新功能。 像以前的視頻編碼標準一樣，H.264在草案中不包含諸如預處理和後處理之類的功能，這可以增加標準的靈活性。
NAL負責使用下層網絡的分段格式來封裝數據，包括成幀，邏輯信道信令，時序信息利用或序列結束信號等。例如，NAL支持電路交換信道上的視頻傳輸格式，並且支持使用RTP / UDP / IP的Internet上的視頻傳輸格式。 NAL包括其自己的報頭信息，段結構信息和實際負載信息，即，上層VCL數據。 （如果使用數據分段技術，則數據可能包含幾個部分）。
高精度，多模式運動估計
H.264支持1/4或1/8像素精度的運動矢量。 在1/4像素的精度下，可以使用6抽頭濾波器來減少高頻噪聲。 對於具有1/8像素精度的運動矢量，可以使用更複雜的8抽頭濾波器。 在執行運動估計時，編碼器還可以選擇“增強型”插值濾波器以提高預測效果
在H.264的運動預測中，可以根據圖2將宏塊（MB）劃分為不同的子塊，以形成7種不同的塊大小模式。 這種多模式靈活細緻的劃分方式更適合圖像中實際移動物體的形狀，從而大大改善了
運動估計的準確性得以提高。 這樣，每個宏塊可以包含1、2、4、8或16個運動矢量。
在H.264中，允許編碼器使用一個以上的前一幀進行運動估計，這就是所謂的多幀參考技術。 例如，如果2或3幀僅僅是編碼的參考幀，則編碼器將為每個目標宏塊選擇更好的預測幀，並為每個宏塊指示哪個幀用於預測。
4×4塊整數轉換
H.264與以前的標準相似，對殘差使用基於塊的變換編碼，但是變換是整數運算而不是實數運算，並且該過程基本上類似於DCT。 該方法的優點是在編碼器和解碼器中允許相同的精度變換和逆變換，這有利於簡單定點算法的使用。 換句話說，這裡沒有“逆變換誤差”。 變換的單位是4×4塊，而不是過去通常使用的8×8塊。 隨著變換塊尺寸的減小，運動對象的分割更加精確。 以這種方式，不僅變換計算量相對較小，而且在運動對象的邊緣處的會聚誤差也大大減小了。 為了使小尺寸塊變換方法不會在圖像的較大平滑區域中的塊之間產生灰度差異，請使用幀內宏塊亮度數據的16個4×4塊的DC係數（每個小塊16 ，總共4個）執行第二個4×2塊變換，並對2個4×4個色度數據塊的DC係數（每個小塊一個，共4個）的DC係數執行4×XNUMX塊變換。
為了提高H.264的碼率控制能力，將量化步長的變化控制在12.5％左右，而不是不斷增加。 在逆量化處理中處理變換係數幅度的歸一化以減少計算複雜度。 為了強調色彩的保真度，色度係數採用小的量化步長。
統一VLC
在H.264中，有兩種用於熵編碼的方法。 一種是對要編碼的所有符號使用統一的VLC（UVLC：通用VLC），另一種是使用內容自適應的二進制算術編碼（CABAC：上下文自適應）。 二進制算術編碼）。 CABAC是一個可選選項，它的編碼性能比UVLC稍好，但計算複雜度也更高。 UVLC使用不受限制的長度的代碼字集，並且設計結構非常規則，並且可以使用相同的代碼表對不同的對象進行編碼。 此方法易於生成碼字，並且解碼器可以輕鬆識別碼字的前綴，並且當發生誤碼時，UVLC可以快速獲得重新同步。
x0，x1，x2，...是INFO位，分別為0或1。圖4列出了前9個碼字。 例如，第四個數字字包含INFO4。 該代碼字的設計已針對快速重新同步進行了優化，以防止誤碼。
內部預測
在以前的H.26x系列和MPEG-x系列標準中，使用了幀間預測方法。 在H.264中，對幀內圖像進行編碼時可以使用幀內預測。 對於每個4×4塊（邊緣塊的特殊處理除外），可以使用17個最接近的先前編碼像素（某些權重可以為0）的不同加權和來預測每個像素，也就是說，該像素為17個像素在該塊的左上角。 顯然，這種幀內預測不是及時的，而是在空間域中執行的預測編碼算法，可以消除相鄰塊之間的空間冗餘並實現更有效的壓縮。
在4×4正方形中，a，b，...，p是要預測的16個像素，並且A，B，...，P是編碼像素。 例如，可以通過公式（J + 2K + L + 2）/ 4或公式（A + B + C + D + I + J + K + L）/ 8預測點m的值，等等。 根據選擇的預測參考點，存在9種不同的亮度模式，但是只有1種模式用於色度的幀內預測。
適用於IP和無線環境
H.264草案包含用於消除錯誤的工具，以促進在頻繁出現錯誤和數據包丟失的環境中傳輸壓縮視頻，例如在移動通道或IP通道中傳輸的魯棒性。
為了抵抗傳輸錯誤，可以通過使用幀內圖像刷新來實現H.264視頻流中的時間同步，並且通過切片結構化編碼來支持空間同步。 同時，為了便於在發生誤碼之後進行重新同步，在圖像的視頻數據中還提供了一定的重新同步點。 另外，幀內宏塊刷新和多個參考宏塊允許編碼器在確定宏塊模式時不僅考慮編碼效率，而且考慮傳輸信道的特性。
在H.264中，除了使用量化步長的變化來適應信道碼率之外，數據分段的方法通常用於應對信道碼率的變化。 一般而言，數據分段的概念是在編碼器中生成具有不同優先級的視頻數據，以支持網絡中的服務質量QoS。 例如，採用基於語法的數據分區方法，根據其重要性將每個幀的數據分為幾部分，從而在緩衝區溢出時可以丟棄次要的信息。 也可以使用類似的時間數據劃分方法，該方法通過在P和B幀中使用多個參考幀來實現。
在無線通信的應用中，我們可以通過更改每個幀的量化精度或空間/時間分辨率來支持無線信道的大比特率更改。 但是，在多播的情況下，不可能要求編碼器響應變化的比特率。 因此，與MPEG-4中使用的FGS（精細粒度可縮放性）方法（效率較低）不同，H.264使用流切換SP幀代替分層編碼。
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3. TML-8性能
TML-8是H.264的測試模式，用於比較和測試H.264的視頻編碼效率。 測試結果提供的PSNR清楚地表明，與MPEG-4（ASP：高級簡單配置文件）和H.263 ++（HLP：高延遲配置文件）的性能相比，H.264的結果具有明顯的優勢。 如圖5所示。
H.264的PSNR明顯優於MPEG-4（ASP）和H.263 ++（HLP）。 在6種速度的比較測試中，H.264的PSNR平均比MPEG-2（ASP）高4dB。 平均比H.3（HLP）高263dB。 6種測試速率及其相關條件為：32 kbit / s速率，10f / s幀速率和QCIF格式； 64 kbit / s速率，15f / s幀速率和QCIF格式； 128kbit / s速率，15f / s幀速率和CIF格式； 256kbit / s速率，15f / s幀速率和QCIF格式； 512 kbit / s速率，30f / s幀速率和CIF格式； 1024 kbit / s速率，30f / s幀速率和CIF格式。
4.實現困難
對於每一個考慮實際應用的工程師，在關注H.264的卓越性能的同時，它必然會衡量其實施的難度。 一般而言，以增加複雜度為代價獲得H.264性能的提高。 但是，隨著技術的發展，這種複雜性的增加在我們當前或不久的將來技術的可接受範圍內。 實際上，考慮到復雜性的限制，H.264尚未採用某些在計算上特別昂貴的改進算法。 例如，H.264不使用在MPEG-4 ASP中使用的全局運動補償技術。 增加了可觀的編碼複雜度。
H.264 和 MPEG-4 都包含 B 幀，並且更加精確和壓縮lex 運動插值濾波器比 MPEG-2、H.263 或 MPEG-4 SP（簡單配置文件）。 為了更好地完成運動估計，H.264顯著增加了可變塊大小的類型和可變參考幀的數量。
H.264 RAM要求主要用於參考幀圖像，大多數編碼視頻使用3到5幀參考圖像。 它不需要比通常的視頻編碼器更多的ROM，因為H.264 UVLC對所有類型的數據使用結構良好的查找表
5.結束語
H.264具有廣泛的應用前景，例如實時視頻通信，Internet視頻傳輸，視頻流服務，異構網絡上的多點通信，壓縮視頻存儲，視頻數據庫等。
H.264建議書的技術特徵可以概括為三個方面。 一是注重實用性，採用成熟技術，追求更高的編碼效率，表達簡潔。 二是著眼於適應移動和IP網絡，採用分層技術，將編碼和信道正式分離，本質上在源編碼器算法中更多地考慮了信道的特性。 第三是在混合編碼器的基本框架下，其主要關鍵部件全部製成。 重大改進，例如多模式運動估計，幀內預測，多幀預測，統一VLC，4×4二維整數變換等。
到目前為止，H.264尚未最終確定，但由於其更高的壓縮率和更好的信道適應性，它將在數字視頻通信或存儲領域中得到越來越廣泛的應用，其發展潛力是無限的。
最後，必須指出的是，H.264的卓越性能並非沒有成本，而是成本大大增加了計算複雜度。 根據估計，編碼的計算複雜度約為H.263的三倍，而解碼的複雜度約為H.2的263倍。
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正確理解H.264和MPEG-4技術產品，並消除製造商的虛假宣傳
公認的是H.264視頻編解碼器標準具有一定的發展水平，但它也不是首選的視頻編碼器標準，尤其是作為監視產品時，因為它還存在一些技術缺陷。
包含在MPEG-4 Part 10標準中作為H.264視頻編解碼器標準，這意味著它僅附加到MPEG-4的第十部分。 換句話說，H.264不會超出MPEG-4標準的範圍。 因此，Internet上的H.264標準和視頻傳輸質量高於MPEG-4是不正確的。 從MPEG-4到H.264的過渡更加難以理解。 首先，讓我們正確地了解MPEG-4的發展：
1. MPEG-4（SP）和MPEG-4（ASP）是MPEG-4的早期產品技術
MPEG-4（SP）和MPEG-4（ASP）於1998年提出。其技術已經發展到目前，確實存在一些問題。 因此，當前有能力開發MPEG-4的國有技術人員尚未在MPEG-4視頻監視或視頻會議產品中採用這種落後的技術。 在H.264產品（2005年以後的技術產品）和Internet上推廣的早期MPEG-4（SP）技術之間進行比較是不恰當的。 2005年和2001年IT產品的性能比較能否令人信服？ 。 這裡需要說明的是，這是製造商的技術炒作行為。
請看一下技術比較：
一些製造商誤導了比較：在相同的重建圖像質量下，與H.264 +和MPEG-50（SP）相比，H.263將比特率降低了4％。
這些數據從本質上將H.264新技術產品數據與MPEG-4早期技術產品數據進行了比較，這對於比較當前的MPEG-4技術產品是毫無意義的並且具有誤導性。 為什麼H.264產品在4年沒有將數據與新的MPEG-2006技術產品進行比較？ H.264視頻編碼技術的發展確實非常快，但是其視頻解碼視頻效果僅相當於Microsoft Windows Media Player 9.0（WM9）的視頻效果。 目前，例如，華誼硬盤視頻服務器和視頻會議設備使用的MPEG-4技術已達到視頻解碼技術的（WMV）技術規範，音視頻同步小於0.15s（150毫秒以內）。 ）。 H.264和Microsoft WM9無法匹配
2.發展中的MPEG-4視頻解碼器技術：
當前，MPEG-4視頻解碼器技術正在迅速發展，而不是像製造商在互聯網上大肆宣傳那樣。 當前H.264圖像標準的優點僅在於壓縮和存儲，比華誼產品的當前MPEG-15存儲文件小20-4％，但視頻格式不是標準格式。 原因是H.264沒有採用國際通用的存儲格式，並且其視頻文件無法使用國際通用的第三方軟件打開。 因此，在某些國內政府和機構中，在選擇設備時，明確指出必須使用國際認可的第三方軟件打開視頻文件。 這對於監控產品確實非常重要。 尤其是在發生盜竊時，警察需要獲取證據，進行分析等。
MPEG-4視頻解碼器的升級版本為（WMV），並且音頻的編碼方式和每個製造商的經驗都不同。 就性能而言，從4年到2005年，當前成熟的MPEG-2006新技術產品遠高於H.264技術產品。
傳動方面：與新型MPE相比G-4技術產品H.264，存在以下缺陷：
1.音頻和視頻同步：H.264音頻和視頻同步存在一些問題，主要是在延遲方面。 H.264的傳輸性能等同於Microsoft的Windows Media Player 9.0（WM9）。 目前，華誼網絡視頻服務器採用的MPEG-4技術在視頻監控和視頻會議領域的延遲小於0.15秒（150毫秒），這是H.264產品無法實現的。
2.網絡傳輸效率：採用H.2
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