减“轻”不减清:谈数字图像的压缩技术

2011-07-13 16:33:29来源: 中关村在线
  目前,随着视频监控行业向数字高清的方向不断发展,图像质量越来越高。因而对视频的存储也提出了更高的要求,怎样才能在尽量减少存储空间的情况下又保证图像的质量呢?这就有赖于数字图像压缩技术

  压缩技术大体可分为帧内压缩(Interframe)和帧间压缩(Intraframe)两大类。总体来说,帧内压缩图像效果更好而帧间压缩压缩的幅度更大。

  帧内压缩(Interframe)

  帧内压缩方式是把一幅动画分解成若干个固定的画面一幅一幅地传输,Wavelet和M-JPEG是此种方式的代表。

  Wavelet即小波变换图像压缩,小波变换作为信号分析方法,具有多尺度、多分辨率分析和时域局部化等优点,能有效应用于视频信号的编码与解码。

  Motion JPEG是一种基于静态图像压缩技术JPEG发展起来的动态图像压缩技术,可以生成序列化的运动图像。其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。M-JPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像,压缩的图像很难修改,因此许多国家可以把它作为法庭上的证据。

  帧间压缩(Intraframe)

  帧间压缩可区分每幅影像的差异并且只传送影像不同的部分,这种格式的代表是MPEG1、 MPEG2、 MPEG4、H.264和AVS 。特别是MPFG4、H.264因使用图层(Layer)方式而能够智能化选择影像的不同之处,从而使图像存储容量大幅度下降,加速图像的传输速率,为DVR厂商乐于采用,但画质不如Wavelet和M-JPEG。

  与M-JPEG技术相比较,MPEGl在实时压缩、每帧数据量、处理速度上均有显著的提高。MPEGl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;二是图像清晰度还不够高,最大清晰度仅为352×288。三是对传输图像的带宽有一定的要求,难以实现远端传输。

  MPEG-1、MPEG-2都属于第一代信源压缩标准, MPEG-1初期主要用于VCD光盘的刻录播放,MPEG-2初期主要用于DVD光盘的刻录播放。它们均为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,以使在网上传送或者在存储设备中存放的压缩格式。国内初期的DVR大多数采用MPEG-2压缩格式。

  MPEG-4是基于帧重建算法来压缩和传输数据,通过动态地监测图像各个区域的变化,根据对象的空间和时间特征来调整压缩方法,从而可以获得比MPEGl更大的压缩比、更低的压缩码流和更佳的图像质量。MPEG4的应用目标是针对窄带传输、高画质压缩、交互式操作,以及将自然物体与人造物体相融合的表达方式,同时还特别强调广泛的适应性和可扩展性。和MPEGl及MPEG2相比较,MPEG4能更加节身省存储空间,在传输时对带宽的需求更小。

  H.264( 即MPEG-4 Part10) 是MPEG工作组和ITU -T (国际电信联盟的音视频压缩工作组) 合作制定的第二代音视频编解码标准。H.264(ITU-T命名),或称之为MPEG-4 AVC(ISO/IEC命名),是一种由ITU-T与ISO/IEC联合进行开发的视频编解码方案,为MPEG-4标准的第10部分(ISO MPEG-4 Part 10)。H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的 MPEG-2高2-3倍,比MPEG4 ASP 高1.5-2倍。H.264是目前安防监控生产厂商采用最广泛的压缩技术。

  AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。AVS标准是《信息技术 先进音视频编码》系列标准的简称。AVS是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系,为数字音视频产业提供更全面的解决方案。TCL、创维、华为、中兴通讯、长虹、浪潮等企业联合成立了AVS产业联盟。AVS是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准,编码效率比MPEG-2高2-3倍,与MPEG-4 AVC相当,而且技术方案简洁,芯片实现复杂度低。国内展讯、龙晶、博通等公司提供了IPTV 系统的AVS终端芯片。

关键字:数字图像  压缩技术

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0713/article_3865.html
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