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Mjpeg视频流保存?

归档日期:08-11       文本归类:运动估计      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部视频编码定义所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术,将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263,运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准,此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。

  MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Experts Group)的缩写,于1988年成立,是为数字视/音频制定压缩标准的专家组,目前已拥有300多名成员,包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准,随后扩充为“及其伴随的音频”及其组合编码。后来针对不同的应用需求,解除了“用于数字存储媒体”的限制,成为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。MPEG组织制定的各个标准都有不同的目标和应用,目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21标准。

  视频压缩技术是计算机处理视频的前提。视频信号数字化后数据带宽很高,通常在20MB/秒以上,因此计算机很难对之进行保存和处理。采用压缩技术以后通常数据带宽右以降到1-10MB/秒,这们就可以将视频信号保存在计算机中并作相应的处理。常用的算法是由ISO制订的,即JPEG和MPEG算法。JPEG是静态图像压缩标准,适用于连续色调彩色或灰度图像,它包括两部分:一是基于DPCM(空间线性预测)技术的无失真编码,一是基于DCT(离散余弦变换)和哈夫曼编码的有失真算法,前者压缩比很小,主要应用的是后一种算法。在非线性编辑中最常用的是MJPEG算法,即Motion JPEG。它是将视频信号50场/秒(PAL制式)变为25帧/秒,然后按照25帧/秒的速度使用JPEG算法对每一帧压缩。通常压缩倍数在3.5-5倍时可以达到Betacam的图像质量。MPEG算法是适用于动态视频的压缩算法,它除了对单幅图像进行编码外还利用图像序列中的相关原则,将冗余去掉,这样可以大大提高视频的压缩比。前MPEG-I用于VCD节目中,MPEG-II用于VOD、DVD节目中。[4]

  音频视频编码及文件格式(容器)是一个很庞大的知识领域,完整的说清楚,那就需要些写成一本教材了。这里先就几个简单的概念问题作以介绍:

  首先要分清楚媒体文件和编码的区别: 文件是既包括视频又包括音频、甚至还带有脚本的一个集合,也可以叫容器;

  文件当中的视频和音频的压缩算法才是具体的编码。 也就是说一个.avi文件,当中的视频可能是编码a,也可能是编码b,音频可能是编码5,也可能是编码6,具体的用那种编码的解码器,则由播放器按照avi文件格式读取信息去调用了。

  编码介绍: 音频视频编码方案有很多,用百家争鸣形容不算过分,目前常见的音频视频编码有以下几类

  H.26X系列:(由ITU[国际电传视讯联盟]主导,侧重网络传输,注意:只是视频编码)

  视频图像数据有极强的相关性,也就是说有大量的冗余信息。其中冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息。压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉(去除数据之间的相关性),压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。

  运动补偿是通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像,它是减少帧序列冗余信息的有效方法。

  不同区域的图像需要使用不同的运动矢量来描述运动信息。运动矢量通过熵编码进行压缩。

  帧内图像和预测差分信号都有很高的空域冗余信息。变换编码将空域信号变换到另一正交矢量空间,使其相关性下降,数据冗余度减小。

  经过变换编码后,产生一批变换系数,对这些系数进行量化,使编码器的输出达到一定的位率。这一过程导致精度的降低。

  熵编码是无损编码。它对变换、量化后得到的系数和运动信息,进行进一步的压缩。 [编辑本段]视频编码发展传统的压缩编码是建立在香农(Shannon)信息论基础上的,它以经典的集合论为基础,用统计概率模型来描述信源,但它未考虑信息接受者的主观特性及事件本身的具体含义、重要程度和引起的后果。因此,压缩编码的发展历程实际上是以香农信息论为出发点,一个不断完善的过程。

  按信源的统计特性可分为预测编码、变换编码、矢量量化编码、子带-小波编码、神经网络编码方法等。

  数眼的视觉特性可能基于方向滤波的图像编码、基于图像轮廓-纹理的编码方法等。

  随着产业化活动的进一步开展,国际标准化组织于1986年、1998年先后成立了联合图片专家组JPEG和运动图像压缩编码组织MPEG。GPEG专家组主要致力于静态图像的帧内压缩编码标准ISO/IEC10918的制定;MPEG专家组主要致力于运动图像压缩编码标准的制定。经过专家组不懈的努力,基于第一代压缩编码方法(如预测编码、变换编码、熵编码及运动补偿等)的三种压缩编码国际标

  众所周知,人类通过视觉获取的信息量约占总信息量的70%,而且视频信息具有直观性、可信性等一系列优点。所以,视讯技术中的关键技术就是视频技术。

  目前,视频技术的应用范围很广,如网上可视会议、网上可视电子商务、网上政务、网上购物、网上学校、远程医疗、网上研讨会、网上展示厅、个人网上聊天、可视咨询等业务。但是,以上所有的应用都必须压缩。传输的数据量之大,单纯用扩大存储器容量、增加通信干线的传输速率的办法是不现实的,数据压缩技术是个行之有效的解决办法,通过数据压缩,可以把信息数据量压下来,以压缩形式存储、传输,既节约了存储空间,又提高了通信干线的传输效率,同时也可使计算机实时处理音频、视频信息,以保证播放出高质量的视频、音频节目。可见,多媒体数据压缩是非常必要的。由于多媒体声音、数据、视像等信源数据有极强的相关性,也就是说有大量的冗余信息。数据压缩可以将庞大数据中的冗余信息去掉(去除数据之间的相关性),保留相互独立的信息分量,因此,多媒体数据压缩是完全可以实现的。

  图像编码方法可分为两代:第一代是基于数据统计,去掉的是数据冗余,称为低层压缩编码方法;第二代是基于内容,去掉的是内容冗余,其中基于对象(Object-Based)方法称为中层压缩编码方法,其中基于语义(Syntax-Based)方法称为高层压缩编码方法。

  基于内容压缩编码方法代表新一代的压缩方法,也是目前最活跃的领域,最早是由瑞典的Forchheimer提出的,随后日本的Harashima等人也展示了不少研究成果。 [编辑本段]视频编码框架视频编码的基本框架

  H.261标准是为ISDN设计,主要针对实时编码和解码设计,压缩和解压缩的信号延时不超过150ms,码率px64kbps(p=1~30)。

  H.261标准主要采用运动补偿的帧间预测、DCT变换、自适应量化、熵编码等压缩技术。 只有I帧和P帧,没有B帧,运动估计精度只精确到像素级。支持两种图像扫描格式:QCIF和CIF。

  H.263标准是甚低码率的图像编码国际标准,它一方面以H.261为基础,以混合编码为核心,其基本原理框图和H.261十分相似,原始数据和码流组织也相似;另一方面,H.263也吸收了MPEG等其它一些国际标准中有效、合理的部分,如:半像素精度的运动估计、PB帧预测等,使它性能优于H.261。

  国际标准化组织于1986年成立了JPEG(Joint Photographic Expert Group)联合图片专家小组,主要致力于制定连续色调、多级灰度、静态图像的数字图像压缩编码标准。常用的基于离散余弦变换(DCT)的编码方法,是JPEG算法的核心内容。

  MPEG-1标准用于数字存储体上活动图像及其伴音的编码,其数码率为1.5Mb/s。 MPEG-1的视频原理框图和H.261的相似。

  MPEG-1视频压缩技术的特点:1. 随机存取;2. 快速正向/逆向搜索;3 .逆向重播;4. 视听同步;5. 容错性;6. 编/解码延迟。MPEG-1视频压缩策略:为了提高压缩比,帧内/帧间图像数据压缩技术必须同时使用。帧内压缩算法与JPEG压缩算法大致相同,采用基于DCT的变换编码技术,用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法,采用预测法和插补法。预测误差可在通过DCT变换编码处理,进一步压缩。帧间编码技术可减少时间轴方向的冗余信息。

  MPEG-2被称为“21世纪的电视标准”,它在MPEG-1的基础上作了许多重要的扩展和改进,但基本算法和MPEG-1相同。

  MPEG-4标准并非是MPEG-2的替代品,它着眼于不同的应用领域。MPEG-4的制定初衷主要针对视频会议、可视电线Kb/s)的需求。在制定过程中,MPEG组织深深感受到人们对媒体信息,特别是对视频信息的需求由播放型转向基于内容的访问、检索和操作。

  MPEG-4与前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同,它为多媒体数据压缩编码提供了更为广阔的平台,它定义的是一种格式、一种框架,而不是具体算法,它希望建立一种更自由的通信与开发环境。于是MPEG-4新的目标就是定义为:支持多种多媒体的应用,特别是多媒体信息基于内容的检索和访问,可根据不同的应用需求,现场配置解码器。编码系统也是开放的,可随时加入新的有效的算法模块。应用范围包括实时视听通信、多媒体通信、远地监测/监视、VOD、家庭购物/娱乐等。

  H.264集中了以往标准的优点,并吸收了以往标准制定中积累的经验, 采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广。H.264创造性了多参考帧、多块类型、整数变换、帧内预测等新的压缩技术,使用了更精细的分象素运动矢量(1/4、1/8)和新一代的环路滤波器,使得压缩性能大大提高,系统更加完善。

  - 网络友善。 [编辑本段]视频编码技术目前监控中主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术。对于最终用户来言他最为关心的主要有:清晰度、存储量(带宽)、稳定性还有价格。采用不同的压缩技术,将很大程度影响以上几大要素。

  MJPEG(Motion JPEG)压缩技术,主要是基于静态视频压缩发展起来的技术,它的主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化,只单独对某一帧进行压缩。

  MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像,可以动态调整帧率、分辨率。但由于没有考虑到帧间变化,造成大量冗余信息被重复存储,因此单帧视频的占用空间较大,目前流行的MJPEG技术最好的也只能做到3K字节/帧,通常要8~20K!

  MPEG-1标准主要针对SIF标准分辨率(NTSC制为352X240;PAL制为352X288)的图像进行压缩. 压缩位率主要目标为1.5Mb/s.较MJPEG技术,MPEG1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上有显著的提高。但MPEG1也有较多不利地方:存储容量还是过大、清晰度不够高和网络传输困难。

  MPEG-2 在MPEG-1基础上进行了扩充和提升,和MPEG-1向下兼容,主要针对存储媒体、数字电视、高清晰等应用领域,分辨率为:低(352x288),中(720x480),次高(1440x1080),高(1920x1080)。MPEG-2视频相对MPEG-1提升了分辨率,满足了用户高清晰的要求,但由于压缩性能没有多少提高,使得存储容量还是太大,也不适和网络传输。

  MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高,在CIF(352*288)或者更高清晰度(768*576)情况下的视频压缩,无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势,也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率,以降低存储量。

  MPEG-4由于系统设计过于复杂,使得MPEG-4难以完全实现并且兼容,很难在视频会议、可视电话等领域实现,这一点有点偏离原来地初衷。另外对于中国企业来说还要面临高昂的专利费问题,目前规定:

  - 编码/解码设备还需要按时间交费(4美分/天=1.2美元/月 =14.4美元/年)。

  从简单来说H.264就是一种视频编码技术,与微软的WMV9都属于同一种技术也就是压缩动态图像数据的“编解码器”程序。

  一般来说,如果动态图像数据未经压缩就使用的话,数据量非常大,容易造成通信线路故障及数据存储容量紧张。因此,在发送动态图像时、或者把影像内容保存在DVD上时、以及使用存储介质容量较小的数码相机或相机手机拍摄映像时,就必须使用编解码器。虽然编解码器有许多种类,但DVD-Video与微波数字电视等使用的主要是MPEG2,数码相机等摄像时主要使用MPEG4。

  既然作为压缩视频编码技术,H.264最大的作用对视频的压缩了。我们熟悉的MPEG2也就是最常用的DVD视频编码技术已经比较落后。

  对于最希望看到的HDTV的节目如果播放时间在2小时左右的线这样的高压缩率编解码器,在画质丝毫不降的前提下可压缩到15GB以下。

  上面的例子可以看出H.264的技术优势了,一般来说H.264的数据压缩率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。从理论上来说,在相同画质、相同容量的情况下,可比目前的DVD光盘多保存2倍以上时间的影像。有望作为电影与音乐会等映像内容与便携设备的编解码器广泛使用。预计支持该技术的产品与服务将于2004年内问世。

  大家是否都能记得当年的视频解压卡,也就是我们说的DVD/VCD解压缩卡,这个东西的原理很简单,就是板卡上安装了DSP芯片,而这个芯片唯一的功能就是用来针对特殊格式的编码进行解压缩,当后来显卡的性能逐渐增强可以满足视频播放需要的时候,视频解压缩卡也就消失的不见了。

  而ATI的做法就是最新的R520 VPU内就包含了H.264解码技术,这种特殊的算法直接交给显卡VPU来运算,而不是完全交给CPU处理,这样就可以解放出CPU进行更多其他复杂的运算。

  H.264集中了以往标准的优点,在许多领域都得到突破性进展,使得它获得比以往标准好得多整体性能:

  - 和H.263+和MPEG-4 SP相比最多可节省50%的码率,使存储容量大大降低;

  H.264采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广,更容易在视频会议、视频电话中实现,更容易实现互连互通,可以简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个完整的系统。

  MPEG LA吸收MPEG-4的高昂专利费而使它难以推广的教训,MPEG LA制定了以下低廉的H.264收费标准:H.264广播时基本不收费;产品中嵌入H.264编/解码器时,年产量10万台以下不收取费,超过10万台每台收取0.2美元,超过500万台每台收取0.1美元。低廉的专利费使得中国H.264监控产品更容易走向世界。

  随着NGN、3G及3G演进和NGBW等对视频、多媒体业务与网络应用的飞速发展需求,作为视频业务及存储应用核心技术的高效率视频数字压缩编技术,愈来愈引起人们的关注,成为目前广播、视频与多媒体通信领域中的亮点与热点,这其中H.264视频编码标准更是耳熟能详的一个名字。

  早在1993年,ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)制定了第一个视频编码标准H.261,其输出速率为p*64 kbit/s,主要用于ISDN及ATM等准宽带及宽带信道视频。随着时间的不断发展,经历了1996年的H.263,1998年的H.263+,2000年的H.263++,到了2001年,MPEG认识到H.26L的潜在优势及与VCEG联合工作的必要性,从而两者合作成立联合视频组(JVT),从而形成了2003年第二季度发布的统一标准H.264/AVC。该标准在ITU-T称为H.264;在ISO/IEC则称为MPEG4-Part 10 AVC(Advanced Video Coding,第10部分,先进视频编码),这也就是今天我们大家都津津乐道的H.264/AVC。

  与先前的一些编码标准相比,H.264标准继承了H.263和MPEG1/2/4视频标准协议的优点,但在结构上并没有变化,只是在各个主要的功能模块内部使用了一些先进的技术,提高了编码效率。其主要表现在:编码不再是基于8×8的块进行,而是在4×4大小的块上,进行残差的变换编码。所采用的变换编码方式也不再是DCT变换,而是一种整数变换编码。采用了编码效率更高的上下文自适应二进制算术编码(CABAC),同时与之相应的量化过程也有区别。H.264标准具有算法简单易于实现、运算精度高且不溢出、运算速度快、占用内存小、消弱块效应等优点,是一种更为实用有效的图像编码标准。

  H.264/AVC在压缩编码效率、视频内容自适性处理能力方面及网络层面,特别是对IP网络及移动网络的自适应处理能力、抗干扰能力与顽健性等方面,相比H.263/MPEG-4均有大幅度提高,也就造成了目前H.264被热炒的局面。应该说,H.264/AVC的应用确属相当广泛,包括固定或移动的可视电话、移动电话、实时视频会议、视频监控、流媒体、多媒体视频、Internet视频及多媒体、IPTV、手机电视、宽带电话以及视频信息存储等,这也是业内普遍看好它的重要原因。

  目前监控行业中主要使用以下分辨率:SQCIF、QCIF、CIF、4CIF。

  SQCIF和QCIF的优点是存储量低,可以在窄带中使用,使用这种分辨率的产品价格低廉;缺点是图像质量往往很差、不被用户所接受。

  CIF是目前监控行业的主流分辨率,它的优点是存储量较低,能在普通宽带网络中传输,价格也相对低廉,它的图像质量较好,被大部分用户所接受。缺点是图像质量不能满足高清晰的要求。

  4CIF是标清分辨率,它的优点是图像清晰。缺点是存储量高,网络传输带宽要求很高,价格也较高。

  2CIF(704x288)已被部分产品采用,用来解决CIF清晰度不够高和4CIF存储量高、价格高昂的缺点。但由于704x288只是水平分辨率的提升,图像质量提高不是特别明显。

  经过测试,我们发现另外一种2CIF分辨率528x384,比704x288能更好解决CIF、4CIF的问题。特别是在512Kbps-1Mbps码率之间,能获得稳定的高质量图像,满足用户较高图像质量的要求。目前这一分辨率已被许多网络多媒体广播所采用,被广大用户所接受。比如杭州网通网上影院是采用512x384分辨率,在768k下能稳定地获得近似DVD的图像质量。

  目前视频编码正处于一个技术日新月异的时期,视频编码的压缩性能在不断得到提升。

  在监控中主要使用ASCI和DSP两种方案。由于ASIC芯片的设计、生产周期过长,使它已跟不上视频编码的发展速度。而DSP芯片,由于它的通用设计,使它能实现各种视频编码算法,并且可以及时更新视频编码器,紧跟视频编码的发展速度。另外使用DSP芯片可以比ASIC更灵活的配置编码器,使编码器达到最佳性能。

  强大的H.264视频压缩引擎使产品获得极高的压缩比、高质量的图像质量和良好的网络传输性能。高性能的DSP处理器能灵活的配置视频编/解码器:动态设置分辨率、帧率、码率、图像质量等;可以双码流输出,达到本地存储和网络传输分别处理的功能。

  1、非压缩格式的AVI文件(或是MPEG1格式的),这个不需要装任何插件就可以播放了。

  2、DIVX格式的AVI,这也是MPEG4的一种,安装最新的DIVX 5.21,就可以播放了,不过缺点是在播放之初会有一个DIVX的标记显示几秒。

  3、XVID格式的AVI,这也是MPEG4的一种,可以说是从DIVX变种而来的,据说是XVID原作者不满意DIVX商业化收费的行为,而开发的一个全Free的MPEG4编码核心,安装最新的XVID(1.02版)就可以播放。

  7、其它格式的AVI,现在看来还有一些如MKV、OGG等格式的视频编码文件也会使用AVI的结尾名。

  DRC-Stream 系列 PCI 硬件插卡是一块高质量的专业视频压缩及视频传输编码卡。它最高可以支持2路视频及4路音频的传输。DRC-Stream系列的板卡具有很强的编码功能,可以同时实现来自两路不同视频及立体声音频以不同格式进行实时传输。DRC-Stream 系列板卡包括有:复合、S-Video 、分量模拟信号及 DV 和 SDI 的数字信号。

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