H.264数字录像压缩技术

文章摘要：概述 数字视频监控相关产品的技术和产业化发展近几年来一直是国内安防行业的一个热点，通过国内整个行业的不断努力目前数字监控的技术水平达到了国际先进水平，开始直接参与国际竞争，同时产品已经开始进入国际市场。 未来的主流技术可以概括为三点：第一需要有最优化的压缩算法支持高质量数字视频的应用，用户对图像质量的要求是没有止境的，现在CIF格式产品的大量应用不能说明市场能够满意这种图像质量；第二需要有网络化的应用体系，这样才能够构建起大规模的网络数字视频系统，提供安全方便的服务；第三需要对不同用户和行业提供个性化的产品和服务，这样才能够进一步满足市场不断发展的需要。 本文内容主要介绍一

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概述

    数字视频监控相关产品的技术和产业化发展近几年来一直是国内安防行业的一个热点，通过国内整个行业的不断努力目前数字监控的技术水平达到了国际先进水平，开始直接参与国际竞争，同时产品已经开始进入国际市场。

    未来的主流技术可以概括为三点：第一需要有最优化的压缩算法支持高质量数字视频的应用，用户对图像质量的要求是没有止境的，现在CIF格式产品的大量应用不能说明市场能够满意这种图像质量；第二需要有网络化的应用体系，这样才能够构建起大规模的网络数字视频系统，提供安全方便的服务；第三需要对不同用户和行业提供个性化的产品和服务，这样才能够进一步满足市场不断发展的需要。

    本文内容主要介绍一下目前数字监控行业相关的技术以及应用前景，探讨下一代产品的应用发展趋势。同时介绍一下基于DSP的实现技术和方法。

主要技术趋势

1.     H.264压缩算法

　  H.264是ITU-T的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC的MPEG（活动图像编码专家组）的联合视频组（JVT：joint video team）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国际标准14496-10（MEPG-4 第10部分）。1998年1月份开始草案征集，1999年9月，完成第一个草案，2001年5月制定了其测试模式TML-8，2002年6月的 JVT第5次会议通过了H.264的FCD板。2009年3月正式发布。 因此可见H.264并不是比MPEG-4先进，他们其实是一回事。以前大量使用的MPEG-4 是采用了标准的MEPG-4 第10部分以前版本，压缩性能有明显差异。

    H.264标准采用了很多新技术用来提高压缩比降低码流，主要是采用了高精度、多模式预测技术。H.264 标准针对网络传输的需要设计了视频编码层VCL和网络提取层NAL结构，网络抽象层是提供“网络友好”的界面，从而使视频编码层能够在各种系统中得到有效的应用。H.264 标准针对网络传输的需要设计了差错消除的工具便于压缩视频在误码、丢包多发环境中传输，从而保证了视频传输的有效性。

    在JPEG和MPEG-1/2的时代压缩芯片以ASIC芯片为主，从MPEG-4开始压缩芯片已经过度到DSP时代，使用ASIC芯片的产品越来越少。这是由于芯片处理能力逐步提高，可以适应算法的不断优化，ASIC技术产品化周期长，已经无法适应目前算法进步的步伐。

    由于DSP体系结构的限制，面对复杂的H.264算法实现低成本的实时压缩已经非常困难。在算法和芯片技术成熟以后，未来的主流压缩平台应该是ASIC的天下，当然ASIC和DSP技术相结合的芯片，同样具有诱惑力，能够适合未来算法发展的需要。

2.     图像滤波
 
    目前最严重的问题之一是摄像头干扰问题，中低档的摄像头比较明显，特别在低照度的环境中干扰对图像质量有非常大的影响。这些噪点随着产品型号和工作环境而不同。由于视频压缩算法是通过前后帧图像的差异实现压缩，因此这种随机噪点对压缩的影响非常大，有的时候甚至造成码流成倍上升，将压缩算法的优点全部掩盖。

    噪点的处理使得中低档摄像头能够同样达到理想的压缩效果，特别是对于光线不好的环境非常有意义。主要可以采用两种滤波方式：时间轴上的滤波与空间轴上的滤波。时间轴滤波采用运动自适应方式来去处伪颜色噪声同时还原运动物体。空间轴滤波用来去除泊松噪声同时强化物体边缘。除此之外，还可以使用柱状均衡器，它通过平滑亮度信号的突变来改善对比度。在帧间编码的技术中主要采用了针对摄像头主要环境特征即静止图像和图像变化不大的情况下压缩处理，这样保证在正常情况下图像都可以以高质量的水平保存。另一方面，通过实时滤波技术的应用，使得在压缩之前就排除了信号中的干扰，压缩还原的图像有很大的提高，同时也降低了码流。

3.     网络传输技术

    从目前的应用情况来看，面向实用的系统面临两大难题，即视频服务质量和网络信息安全问题。即使在宽带网络上由于没有有效的Qos机制，很难保障高质量的视频连续传输。网络信息安全是另一个限制数字视频应用发展的因素，目前的广域网络上没有一个有效的安全保障机制，这样就大大限制了网络视频应用的领域。

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