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數(shù)字視頻的編解碼技術(shù)淺析（上）
數(shù)字視頻的編解碼技術(shù)淺析（下）
B幀即雙向預測編碼幀，B幀的構(gòu)建需要和其前面和后面的幀同時進行對比才能完成。換句話說，B幀完全是壓縮算法有根據(jù)地“猜”出來的。由于壓縮編碼芯片多了這部分工作，故采用B幀后將會產(chǎn)生較大的延時。通俗地講，B幀類似數(shù)碼相機中的電子變倍，我們都知道，電子變焦的原理是利用插值算法，實際畫面并沒有變大，只是CPU計算出相鄰像素的中間值然后插在相鄰像素之間，形成畫面被放大的感覺。B幀的原理也是如此，他會對相鄰的前幀和后幀進行比對處理，找到兩者畫面的中間狀態(tài)，然后生成一幅新的圖像，這幅圖像完全是芯片根據(jù)前后兩幀畫面計算出來的，芯片認為兩幅畫面之間應(yīng)該是什么樣子，于是按既定算法生成一個B幀。理論上任兩幅連續(xù)畫面之間都存在一個或多個過渡的畫面，B幀就是利用這個原理生成的。當然，可以根據(jù)需要添加若干個B幀。顯然，B幀能使畫面更加平滑流暢但將對壓縮編碼芯片的計算能力提出更高的要求。B幀需要同時參考其前后的幀才能構(gòu)建完成，這點和P幀有所不同(如圖5)。
當視頻解碼器逐幀對視頻流進行解碼重構(gòu)視頻時，必須從I幀進行解碼，如果使用了P幀和B幀，則要和相關(guān)的參考幀一起進行解碼。
可以想象，如果很長一段視頻只有一個I幀，而后續(xù)幀統(tǒng)統(tǒng)是基于I幀參考計算出的B或者P幀的話，再精確再高級的算法也沒法保證圖像質(zhì)量一直優(yōu)秀，因為實際圖像很快就會發(fā)生較大的變化，可能整個畫面完全變化。所以需要不斷地插入新的I幀供后續(xù)P幀參考，I幀的插入頻率是可以通過視頻編碼設(shè)備設(shè)置的，但是頻繁地插入I幀，無疑將增大視頻的數(shù)據(jù)量。此外，采用B幀將會加大視頻的延時性。
目前，主流實用化的視頻壓縮算法都是以上述原理為基礎(chǔ)實現(xiàn)的，當然，實際的算法要復雜得多，但基本原理如此。
對于MPEG-4和H.264的詳細算法定義，可以去網(wǎng)上查詢，這里只對上述幾種壓縮算法做一對比。顯然，M-JEPG可以最大限度地保證視頻質(zhì)量，但是由于壓縮率低，壓縮后的視頻數(shù)據(jù)量仍然很大，在目前的視頻監(jiān)控領(lǐng)域基本不采用。真正實際使用的壓縮算法是MPEG-4和H.264，而H.264在保證同樣視頻質(zhì)量的條件下，占用帶寬要小于MPEG-4，遠小于M-JPEG。目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)達成共識，H.264算法將成為未來一段時間內(nèi)視頻壓縮算法的主流技術(shù)。[nextpage]
圖6可清楚地比較出同樣視頻質(zhì)量的條件下，不同算法的占用帶寬情況。
在圖6中，H.264算法采用基準類別，即視頻序列中不出現(xiàn)B幀，用于減少延時。而MPEG-4則以使用運動補償算法和不使用這種算法的做了一個對比，可見，使用運動補償算法的占用帶寬要少于不使用這種算法的。無論如何，H.264在實現(xiàn)同樣視頻質(zhì)量的前提下，將分別比MPEG-4和M-JEPG節(jié)省50﹪和80﹪的數(shù)據(jù)量，正因如此，H.264算法才成為行業(yè)的首選。
凡事總有兩面性，H.264的先進性能是以算法的復雜程度為代價的，此算法的實現(xiàn)將對編碼設(shè)備芯片以及解碼工作站的性能提出更高的要求。
視頻編碼器(視頻服務(wù)器)
在以往的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控前端是模擬攝像機，圖像傳輸需通過同軸電纜，在數(shù)字視頻監(jiān)控中，監(jiān)控前端輸出的視頻信號直接是經(jīng)過壓縮算法計算后的適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字視頻流，可經(jīng)過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?？梢哉f，數(shù)字攝像機就是將模擬攝像機和數(shù)字編碼器結(jié)合的產(chǎn)物，其內(nèi)部除了傳統(tǒng)的模擬圖像采集部件外還集成了內(nèi)置數(shù)字視頻壓縮算法的處理芯片以及用于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南嚓P(guān)模塊，數(shù)字監(jiān)控前端將不再輸出模擬視頻信號，而只有一個網(wǎng)口用于傳輸數(shù)字視頻。這種監(jiān)控前端被叫做純數(shù)字攝像機，那么如果原來已經(jīng)存在模擬攝像機，怎么把系統(tǒng)改造為數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)呢?這時就必須采用數(shù)字視頻編碼器，簡單地說，一個模擬攝像機加一個數(shù)字視頻編碼器就等于一個純數(shù)字攝像機，如圖7。
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