目前主流的几种数字视频压缩编解码标准（转载）

上一篇主要讲了H.264，接下来我们看一下其他编解码标准。

参看：目前主流的几种数字视频压缩编解码标准

参看：视频编码标准汇总及比较

 

参看：An explanation of video compression techniques

JPEG

    联合图片专家组（JPEG，Joint Photographic Experts Group）是作为国际标准化组织（ISO）与电报电话国际协会（CCITT，国际电信联盟ITU的前身）的联合工作委员会于1987年成立的，于1988年成立JBIG（Joint Bi-level Image Experts Group），现在同属ISO/IEC JTC1/SC29 WG1(ITU-T SG8)，专门致力于静止图片（still images）压缩。
    JPEG已开发三个图像标准。第一个直接称为JPEG标准，正式名称叫“连续色调静止图像的数字压缩编码”（Digital  Compression  and Coding  of Continuous-tone still Images）, 1992年正式通过。
    JPEG开发的第二个标准是JPEG-LS（ISO/IEC 14495, 1999）。JPEG-LS仍然是静止图像无损编码，能提供接近有损压缩压缩率。
    JPEG 的最新标准是JPEG 2000（ISO/IEC 15444, 等同的ITU-T编号T.800），于1999年3月形成工作草案，2000年底成为正式标准（第一部分）。根据JPEG专家组的目标，该标准将不仅能提高对图像的压缩质量，尤其是低码率时的压缩质量，而且还将得到许多新功能，包括根据图像质量，视觉感受和分辨率进行渐进传输，对码流的随机存取和处理，开放结构，向下兼容等。
    JPEG标准制定了四种工作模式：  
   （1）顺序的基于DCT（Sequential DCT-based ）模式,由DCT（离散余弦变换）系数的形成、量化和熵编码三步组成。从左到右，从上到下扫描信号，为每个图像编码。 
   （2）累进的基于DCT（Progressive DCT-based）模式,生成DCT系数和量化中的关键步骤与基本顺序编码解码器相同。主要的区别在于每个图像部件由多次扫描进行编码而不是仅一次扫描。每次继续的扫描都对图像作了改善，直到达到由量化表建立的图像质量为止。 
   （3）无损（Lossless）模式,独立于DCT处理，用来定义一种达到无损连续色调压缩的手段。预测器将采样区域组合起来并基于采样区域预测出邻系统区域。预测出的区域对照着每一区域的完全无损采样进行预测，同时通过Huffman 编码法或算术熵编码法对这一差别进行无损编码，对较好质量的复制通常可达到2：1的压缩率。 
   （4）分层（Hierarchical）模式 ，分层模式提供了一种可实现多种分辨率的手段。每个接续层次上的图像编码在水平或垂直方向上的分辨率都被降低二倍。它所传送的数据包括所支持的最低分辨率图像，以及用于解码恢复到原有的全分辨率图像所需的、分辨率以2的倍数递降的相邻图像的差分信息。 
    JPEG算法的平均压缩比为15：1 。当压缩比大于50倍时将可能出现方块效应。 
    JPEG的性能，用质量与比特率之比来衡量，是相当优越的，尤其是它的复杂度之低和使用时间之长，更是给人以深刻的影响。
    基本JPEG的编码方法（也是最常用的）是顺序编码。首先，将图像分为8x8的像素块，按照从左到右，从上到下的光栅扫描方式进行排序。DCT在8x8的像素块进行计算，再对64个DCT系数用均匀量化表进行标量量化。均匀量化表是依据心理听觉的实验（ Lohscheller H.，A subjectively adapted image communication system, IEEE Trans. On Communications COM-32(12): 1316-1322, 1984）得出的。这种均匀的标量量化表作为JPEG标准的可选部分提供。将DCT系数量化后，再按照“Z”字型方式将块中的系数排序，得到的比特流用行顺序编码生成中间的符号序列，然后这些符号经过Huffman编码用于传输或存储。

 

 

MPEG-1

    MPEG-1是MPEG组织制定的第一个视频和音频有损压缩标准。视频压缩算法于1990年定义完成。1992年底，MPEG-1正式被批准成为国际标准。MPEG-1是为CD光碟介质定制的的视频和音频压缩格式。一张70分钟的CD光碟传输速率大约在1.4Mbps。而MPEG-1采用了块方式的运动补偿、离散馀弦变换（DCT）、量化等技术，并为1.2Mbps传输速率进行了优化。MPEG-1随后被Video CD采用作为核心技术。MPEG-1的输出质量大约和传统录像机VCR，信号质量相当，这也许是Video CD在发达国家未获成功的原因。
运用：
MPEG－1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。
特点
　　随机访问，灵活的帧率 、可变的图像尺寸 、定义了I-帧、P-帧和B-帧 、运动补偿可跨越多个帧 、半像素精度的运动向量 、量化矩阵 、GOF结构 、slice结构 、技术细节、输入视频格式。
参数
最大像素数/行：720 　　
最大行数/影格：576 　　
最大影格/秒：30 　　
最大宏块/影格：396 　　
最大宏块/秒：9900 　　
最大位元率：1.86Mbps 　　
最大解码缓冲区尺寸：376832bit。

 

 

MPEG-2

技术介绍
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