摘 要：在現代通信中，視頻圖像傳輸已成為重要內容之一。采用合適的視頻圖像壓縮技術，減少傳輸數據量，是提高通信速度的重要手段。本文主要論述了視頻壓縮技術中常用的編碼方法及H.26x、MPEG-x等視頻壓縮編碼標準。

關鍵詞：視頻壓縮；編碼技術；H.26x；MPEG-x

中圖分類號：TN919.81

1 視頻壓縮的目的

視頻監(jiān)控系統隨著人類進入信息時代而得到了迅猛發(fā)展。為了在有限存儲空間內存放更多的數據，提升通信干線傳輸的效率，縮短傳輸的時間，并且便于計算機進行實時處理視頻數據信息，提高播放畫面質量，視頻壓縮技術有了快速的發(fā)展。

2 視頻壓縮技術

最為經典的視頻壓縮編碼技術是：預測編碼、變換編碼、統計編碼。

（1）預測編碼的基本原理是先得到預測值，這個值是根據數據的統計特性獲得，接著傳輸預測值與圖像像素差值信號，降低傳輸碼率，最終實現壓縮。（2）變換編碼的基本原理是通過某種變換來消除數字圖像像素間存在的高度相關性。變換編碼利用離散余弦變換（DCT）和小波變換（Wavelet）在先將空域圖像變換到頻域，獲得一組變換系數，再通過量化、編碼來達到壓縮目的。（3）統計編碼對視頻數據進行壓縮是由信息碼字出現的概率分布特性決定的，關鍵要尋求碼字長度與這種概率之間的最優(yōu)化的匹配關系。此種編碼分為定長碼和變長碼（VLC）兩種，多數是針對無記憶信源。變長碼字編碼算法主要采用哈弗曼編碼和算術編碼。隨著編碼技術的進一步發(fā)展，逐步形成了基于DCT變換和運動補償相結合的新模式，如H.26x、MPEG-x。這些標準有著相似的編碼原理，將圖像看成是二維波形，運動圖像時間域上的冗余利用DCT變換進行消除，以此達到壓縮數據的目的[1]。

3 視頻圖像壓縮編碼標準

目前監(jiān)控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4（SP/ASP）、H.264/AVC等幾種視頻編碼技術。采用不同的壓縮技術，將很大程度影響清晰度、存儲量（帶寬）、穩(wěn)定性還有價格等要素[2]。

3.1 H.26x系列標準

一般狀況下，H.26x標準主要針對在特定的位速率下傳輸的視頻數據，追求視頻信息的壓縮效率。它主要適用范圍是可視化電視與會議電視。

H.261標準實現數字圖像的實時傳輸，它綜合了網絡技術和綜合數字壓縮技術可以在P*64kbit/s（P取1～30）碼率的綜合業(yè)務數字網（ISDN）上實時地傳輸圖像和聲音數據信息。

H.263標準是一種甚低碼率視頻壓縮編碼標準，其碼率一般低于64kbit/s。H.263標準主要利用公共開關電話網絡（PSTN）傳輸，也適用于移動通信等無線業(yè)務。H.263不像H.261采用全像素預測和環(huán)路濾波器，取而代之的是半像素精度預測，并采用先進的PB幀模式進行預測，利用基于語法的算術編碼代替霍夫曼編碼，這些改進使得壓縮比提高的情況下進一步改進圖像質量。

H.264標準加強了對各種信道的適應能力，是DPCM加變換編碼的混合編碼模式，其基本系統是開放的。該標準應用范圍較廣，適用于、不同速率、不同解析度不同傳輸存儲場合。H.264的碼流結構網絡適應性強，增加了差錯恢復能力，能夠很好地適應IP和無線網絡的應用。H.264在同一重建圖像質量情況中，碼率比H.263節(jié)約50%左右。如此高的編碼效率主要依賴于其多模式、高精度的位移估計、同一的VLC符號編碼、編碼語法進行分層等特點，但是它的計算復雜度是H.263的3倍，解碼復雜度約為H.263的2倍。

H.26L作為面向電視電話、電視會議的新一代編碼方式，與H.263的原有方式相比它可獲得兩倍以上的編碼功能，也就是僅用一半的編碼碼字就能得到同樣清晰的畫面[3]。

3.2 MPEG-x系列標準

普遍認可、最為權威的還得是MPEG技術。MPEG標準中的數字視頻壓縮：首先將模擬視頻轉換為數字視頻后按時序分組，然后每個圖像組（GOP：group ofpictures）選定一個基準圖像利用運動估計減少圖像間的時間冗余，最后將基準圖像和運動估計誤差進行離散余弦變換（DCT：discrete cosin transform）、系數量化和熵編碼（VLCRLC：variablelength coding and run length coding）以消除空間冗余[4]。

MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21是由MPEG的成員開發(fā)，以適用于不同帶寬和數字影像質量的要求的版本。

MPEG-1標準用于傳輸數據傳輸率為1.5Mbps的數字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼。該標準由五個組成部分，其中一、二、三部分說明如何根據規(guī)定對視頻及音頻進行復合編碼，第四部分檢驗部分，檢驗解碼器或編碼器的輸出比特流是否和前面三個部分所規(guī)定的內容相符合，第五部為實現部分，利用C語言來實現編碼與解碼過程。

MPEG-2標準又叫信息技術——電視圖像和伴音信息的通用編碼，其標準號為ISO/IEC13818。隨著標準數字電視和高清數字電視的發(fā)展，該標準有針對性的詳細規(guī)定了壓縮方案和系統層，以及專門規(guī)定了多路節(jié)目的復分接方式，并且兼顧了與ATM信元的適配問題。編碼率的范圍是3Mbit/s～100Mbit/s。MPEG-2標準適用范圍較廣，尤其被認定為SDTV和HDTV的編碼標準，非常適用于廣播級的數字電視的編碼和傳送。

MPEG-4標準，標準號為ISO/IEC14496。MPEG-4將多種多媒體應用（數字電視、影音合成等交互式繪圖應用、WWW、資料擷取與分散等交互式多媒體）集成于一個完整的框架里，目的是為了提供標準的算法及工具，應用在這些多媒體通信及其應用環(huán)境中。這樣可以建立起統一的數據格式，方便多媒體存儲、檢索、傳輸等應用領域多普遍采用。

MPEG-7標準為各種多媒體信息提供一種標準化的描述，這些描述與內容有關，支持多種音頻和視頻的描述，包含了更多的多媒體數據類型，所以MPEG-7又稱為多媒體內容描述接口，是用于描述多種類型的多媒體信息的描述符的標準集合。例如視覺信息，可對形狀、顏色、體積、紋理、運動、草圖、空間關系及變形等。MPEG-7標準范圍由以下幾個方面構成，分別為描述子、描述結構、描述定義語言以及編碼描述方法[5]。特征表示法即為描述子，用其定義特征的語法及語義。描述結構即用來描述成員之間的結構和語義。MPEG-7標準具體由MPEG-7系統、MPEG-7描述定義語言、MPEG-7音頻、MPEG-7視頻、MPEG-7屬性實體和多媒體描述結構、MPEG-7參考軟件、MPEG-7一致性這七個部分構成。

MPEG-21標準又稱之為多媒體框架，其標準號是ISO/IEC21000。MPEG-21標準通過結合不同的標準、協議、技術，讓用戶可以通過有效地利用現有的各式網絡和設備，相當于透明地使用網絡上的多媒體資源，也就是構建一個開放的框架，致力于多媒體傳輸和消費。MPEG-21標準提供的這種透明有效的視頻音頻通信環(huán)境，結合了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4標準，是建立在這些標準的基礎之上，將現有標準統一到一起。它由數字項聲明（Digital Item Declaration），數字項識別和描述，內容處理和使用，知識產權管理和保護，終端和網絡，內容表示，事件報告等七個部分組成。支持以下功能：內容創(chuàng)建，內容生產，內容分配，內容的消費和使用，內容的分組，知識產權管理和保護，內容識別和描述，用戶權限，終端和網絡資源提取，內容表示和事件報告等。這樣可以更為方便有效的對用戶視頻、音頻進行處理，讓用戶不再為格式的不兼容、媒體數據類型、編解碼器等諸如此類的東西所干擾。

參考文獻：

[1]郭艷平.視頻壓縮技術及標準[J].廣播電視信息，2005（11）：89.

[2]彭宇行.面向高性能視頻壓縮的關鍵技術研究[D].國防科學技術大學，2007.

[3]丁貴廣，計文平.Visual C++ 6.0數字圖象編碼[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004（02）：50.

[4]王志華.視頻壓縮技術[J].中國知網文庫，2004（09）.

[5]張益貞，劉滔.Visual C++實現MPEG/JPEG編解碼技術[M].北京：人民郵電出版社，2002.

作者單位：江蘇商貿職業(yè)學院，江蘇南通 226001