网络摄像机的图像压缩方式

网络摄像机的图像压缩方式   
   
   
    对于网络摄像机来说，图像压缩方式主要有：

JPEG、MJPEG 
  
   
    JPEG压缩技术可以说是所有图像压缩技术的基础。它适合静态图像的压缩，直接处理整个画面，压缩倍数为20-80倍，分辨率没有选择的余地。所以要等到整个压缩档案传输完成才开始进行解压缩成影像画面，而这样的方式造成传输一个高解析画面时须耗时数十秒甚至数分钟。

    而MJPEG(Motion JPEG)是在JPEG基础发展起来的动态图像压缩技术，它只单独的对某一帧进行压缩，而基本不考虑视频流中不同帧之间的变化。使得可获取清晰度很高的视频图像，而且可灵活设置每路的视频清晰度和压缩帧数。其压缩后的画面还可任意剪接。但它的缺陷也非常明显，其一：丢帧现象严重、实时性差，在保证每路都必须是高清晰的前提下，很难完成实时压缩。其二：压缩效率低，存储占用空间较大。

    后来又出现了多层式JPEG（ML-JPEG）压缩技术，它采取渐层式技术，先传输低解析的图档，然后再补送更细节的压缩资料，使画面品质改善。这种方式所需的时间虽然与原先的方式一样。但由于可以先看到画面，所以使用者会觉得这种方式较好。
 

MPEG1、MPEG2
MPEG-1

    MPEG-1制定于1992年，为工业级标准而设计，它可针对SIF标准分辨率(对于NTSC制为352X240；对于PAL制为352X288)的图像进行压缩，传输速率为1.5Mbits/sec，每秒播放30帧，具有CD(指激光唱盘)音质，质量级别基本与VHS相当。MPEG的编码速率最高可达4-  5Mbits/sec，但随着速率的提高，其解码后的图象质量有所降低。
MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)，视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。

    MPEG1曾经是VCD的主要压缩标准，是目前实时视频压缩的主流，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-I。与M-JPEG技术相比较，在实时压缩、每帧数据量、处理速度上均有显著的提高。MPEG1可以满足多达16路以上25帧/秒的压缩速度，在500kbit/s的压缩码流和352像素×288行的清晰度下，每帧大小仅为2k。若从VCD到超级VCD到DVD的不同格式来看，MPEG1的352 ×288格式，MPEG2可有576×352、704 ×576等，用于CDROM上存储同步和彩色运动标视频信号，旨在达到VCR（模拟式磁带录放机Video Cassette Recorder；VCR）质量，其视频压缩率为26：1。MPEG1可使图像在空间轴上最多压缩1/38，在时间轴上对相对变化较小的数据最多压缩1/5。MPEG1压缩后的数据传输率为1.5Mbps，压缩后的源输入格式SIF（Source Input Format），分辨率为352像素×288行（PAL制），亮度信号的分辨率为360×240，色度信号的分辨率为180×120，每秒30帧。MPEG1对色差分量采用4：1：1的二次采样率。MPEG1、MPEG2是传送一张张不同动作的局部画面。在实现方式上，MPEG1可以借助于现有的解码芯片来完成，而不像M-JPEG那样过多依赖于主机的CPU。与软件压缩相比，硬件压缩可以节省计算机资源，降低系统成本。

    但也存在着诸多不足。一是压缩比还不够大，在多路监控情况下，录像所要求的磁盘空间过大。尤其当DVR主机超过8路时，为了保存一个月的存储量，通常需要10个80G硬盘，或更多，硬盘投资大，而由此引起的硬盘故障和维护更是叫人头疼。二是图像清晰度还不够高。由于MPEG1最大清晰度仅为352 X 288，考虑到容量、模拟数字量化损失等其它因素，回放清晰度不高，这也是市场反应的主要问题。三是对传输图像的带宽有一定的要求，不适合网络传输，尤其是在常用的低带宽网络上无法实现远程多路视频传送。四是MPEG1的录像帧数固定为每秒25帧，不能丢帧录像，使用灵活性较差。从目前广泛采用的压缩芯片来看，也缺乏有效的调控手段，例如关键帧设定、取样区域设定等等，造成在保安监控领域应用不适合，造价也高。

    总体看来M-JPEG与MPEG1由于技术成熟，是目前DVR市场的主流技术，但两者的致命弱点就是硬盘耗费量大，且不能同时满足保安与实时录像场合的需要。

MPEG-2   

    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。MPEG-2所能提供的传输率在3-10Mbits/sec间,其在NTSC制式下的分辨率可达720X486，MPEG-2也可提供并能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道，和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理，使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据，如VCD。

    同时，由于MPEG-2的出色性能表现，已能适用于HDTV，使得原打算为HDTV设计的MPEG-3，还没出世就被抛弃了。(MPEG-3要求传输速率在20Mbits/sev-40Mbits/sec间，但这将使画面有轻度扭曲)。而现在网络上大行其道的数字音乐格式 MP3并不是MPEG3，而是MPEG1的第三层 (MPEG1 Layer3) 。除了作为DVD的指定标准外，MPEG-2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。

    MPEG-2的另一特点是，其可提供一个较广的范围改变压缩比，以适应不同画面质量，存储容量，以及带宽的要求。

    对于最终用户来说，由于现存电视机分辨率限制，MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显，到是其音频特性(如加重低音，多伴音声道等)更引人注目。

    MPEG2是DVD的压缩标准，对每秒30帧的720×576分辨率的视频信号进行压缩，适用于计算机显示质量的图像，压缩后的数据率为6Mbps，它将视频节目中的视频、音频、数据内容等组成部分复合成单一的比特流，以便在网上传送或者在存储设备中存放的压缩。在DVR产品中只有少量采用MPEG2压缩标准。

MPEG4
 
 
与前两者不同，MPEG4于1998 年11 月公布，原预计1999 年1月投入使用的国际标准MPEG4不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG专家组的专家们正在为MPEG-4的制定努力工作。MPEG-4标准主要应用于视像电话(Video Phone)，视像电子邮件(Video Email)和电子新闻(Electronic News)等，其传输速率要求较低，在4800-64000bits/sec之间，分辨率为176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图象质量。

    与MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交互性)的动态图象标准；它的另一个特点是其综合性；从根源上说，MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。MPEG4 试图达到两个目标：

一、 低比特率下的多媒体通信；

二、 是多工业的多媒体通信的综合。 据此目标，MPEG4 引入AV 对象（Audio/Visaul Objects）， 使得更多的交互操作成为可能。

     MPEG-4是为在国际互联网络上或移动通信设备（例如移动电话）上实时传输音/视频讯号而制定的最新MPEG标准，MPEG4采用Object Based方式解压缩，压缩比指标远远优于以上几种，压缩倍数为450倍(静态图像可达800倍)，分辨率输入可从320 ×240到1280 ×1024，这是同质量的MPEG1和MJEPG的十倍多。

    MPEG4使用「图层」(layer)方式，能够智能化选择影像的不同之处，是可根据图像内容，将其中的对象（人物、物体、背景）分离出来分别进行压缩，使图文件容量大幅缩减，而加速音/视频的传输，这不仅仅大大提高了压缩比，也使图像探测的功能和准确性更充分的体现出来。

    在网络传输中可以设定MPEG4的码流速率，清晰度也可在一定的范围内作相应的变化，这样便于用户根据自己对录像时间、传输路数和清晰度的不同要求进行不同的设置，大大提高了系统使用时的适应性和灵活性。也可采用动态帧测技术，动态时快录，静态时慢录，从而减少平均数据量，节省存储空间。而且当在传输有误码或丢包现象时，MPEG4受到的影响很小，并且能迅速恢复。

    MPEG4的应用前景将是非常广阔的。 它的出现将对以下各方面产生较大的推动作用：数字电视、动态图象、万维网（WWW）、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信、于内容存储和检索多媒系统、Internet/Intranet上的视频流与可视游戏、基于面部表情模拟的虚拟会议、DVD上的交互多媒体应用、基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用、演播电视等。

    当然，除了MPEG 4外，还有更先进的下一个版本MPEG 7 , 准确来说， MPEG-7并不是一种压缩编码方法，而是一个多媒体内容描述接口。继MPEG4之后，要解决的矛盾就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。MPEG 7就是针对这个矛盾的解决方案。MPEG7力求能够快速且有效地搜索出用户所需的不同类型的多媒体材料。预计这个方案于2001年初最终完成并公布。按照以往 MPEG-4的经验，MPEG-7起码要再过两年才能进入实际应用阶。