高清視頻編碼zui常用的編碼格式是MPEG2-TS、MPEG4、H.264和VC-1這四種算法。
MPEG2由MPEG(Moving Picture Experts Group)運動圖像專家組制定,這是標準化組織(ISO)于1988年成立的專責制定有關運動壓縮編碼標準的工作組,制定的標準是通用標準。DVD即是MPEG2編碼,隨著技術的改進,它在高清視頻方面也得到了應用。MPEG2zui大的缺點就是文件體積過大,不過它也有一個優點,那就是相對于另外兩種編碼,它對于系統資源的消耗是zui小的。但是隨著硬件技術的發展,H.264和VC-1的解碼必然會成為DVD那樣,任何主流的配置都能流暢播放。
MPEG4主要用于低帶寬應用和交互式圖形應用(游戲等合成內容)、交互式多媒體(WWW等內容分發和訪問技術)應用,MPEG專家組成立了MPEG4工作組,以促進上述三個領域的集成。1999年初,定義標準框架的MPEG4(*版)成為標準(ISO/IEC14496-1),提供多種算法和工具的第二版已于1999年底成為標準(ISO/IEC14496-2)。
H.264也許是zui有前途的一個了,相對于MPEG2、MPEG4而言,其壓縮效率是三種編碼中zui高的。H.264標準由電信聯盟電信標準化部(ITU-T)和標準化組織/電工委員會(ISO/IEC)共同研究發布,因此H.264有兩個名稱,一個是沿用ITU-T組織的H.26x名稱,叫“H.264”,另一個則是AVC(視頻編碼)。H.264格式的zui大特點是在保證畫面質量的情況下,它可以把文件大小控制在MPEG2格式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的壓縮比、更好的IP和無線網絡信道的適應性,在數字視頻通信和存儲領域得到越來越廣泛的應用。但是需要注意的是,H.264獲得*性能的代價是計算復雜度增加,因此H.264的硬件要求是zui高的。
微軟公司在2003年9月提出了VC-1編碼格式(開發代號Corona),目前已經得到了Movie eam、Modeo等不少公司的采納,同時也包含在HDDVD和藍光中,包括華納和環球等影業公司也有采用這種格式的意向。VC-1基于微軟windows Media Video9(WMV9)格式,而WMV9格式現在已經成為VC-1標準的實際執行部分。VC-1是zui后被認可的高清編碼格式,因為有微軟的后臺,所以這種編碼格式不能小窺,相對于MPEG2,VC-1的壓縮比更高;但相對于H.264而言,編碼解碼的計算則要稍小一些。
AVS是基于我國自主創新技術和公開技術所構建的標準,主要面向高清晰度和高質量數字電視廣播、網絡電視、數字存儲媒體和其他相關應用,具有性能高(與H.264相當)、復雜度低(算法復雜度比H.264明顯低)、我國掌握主要知識產權、*模式簡單且費用低等特點。基于此,可以認為AVS標準是能夠支撐國家數字音視頻產業發展的重要標準,也是安防監控行業應該采納的重要標準。
JPEG2000是一種圖像編碼格式,而并不是視頻編碼格式,設計之初是用于取代JPEG,而視頻序列的每一幀畫面也相當于是一幅圖像,與其前輩JPEG相比,JPEG2000放棄了以離散余弦變換DCT為主的區塊編碼方式,而改為采用以小波變換為主的多解析編碼方式,壓縮率比JPEG高約30%左右,同時JPEG2000支持有損和無損壓縮。
JPEG2000有幾個重要特性,支持“漸進傳輸”及“感興趣區域編碼”。在清晰度方面,它可以先解碼一副畫面的四分之一尺寸,然后再二分之一,zui后解碼出整幅畫面;在圖像質量方面,它可以先傳輸圖像的輪廓,然后逐步傳輸數據,不斷提高圖像質量,讓圖像由朦朧到清晰顯示;“感興趣區域”是指用戶可以任意圖像上感興趣區域的壓縮質量,還可以選擇的部份先解壓縮,便于突出重點。但JPEG2000計算量太大,壓縮率不高,目前很難在嵌入式實時系統中實現,對存儲傳輸也提出了較高的要求,目前僅有一些高清系統采用了這個算法。
在編碼芯片上,一般有DSP、ASIC等可供選擇。DSP方案,如達芬奇數字媒體處理器TMS320DM6467,是基于DSP的SOC(片上系統),集成了300MHz的ARM內核和600MHz的DSP內核,并采用高清視頻協處理器,在執行H.264HP(1080p30fps、1080i60fps、720p60fps)的同步多格式高清編碼、解碼與轉碼方面,表現出色。還有一款高清入門級的TI芯片DM355,它內置了編解碼算法實現,能夠以720p格式與每秒30幀的速度提供高清MPEG4SP編解碼能力,是快速開發入門級高清編碼產品的不錯選擇。ASIC方案,如海思3511的處理器,一款基于ARM9處理器內核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器,具有高集成、可編程、支持H.264和MJPEG(MotionJPEG是一種視頻壓縮格式,其中每一幀圖像都分別使用JPEG編碼)等多協議的優點,可廣泛應用于實時視頻通信、數字圖像監控、網絡攝像機等領域。
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