近年來，無論是ISO/IEC 制定的MPEG-X還是國際電聯(lián)ITU-T制定的H.26X系列，抑或中國特色的SVAC，皆在影視、網(wǎng)絡等應用領(lǐng)域獲得廣泛應用。作為視頻監(jiān)控的實現(xiàn)基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，其中的MPEG-4、H.264、MJPEG等亦在安防行業(yè)大放異彩，并為視頻監(jiān)控向高清化、智能化、網(wǎng)絡化源源不斷的輸入“能量”，推動監(jiān)控產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。

　　自960H騰空出世后不久，高清監(jiān)控隨即進入模擬高清、數(shù)字高清、網(wǎng)絡高清三分天下態(tài)勢;而在模擬標清產(chǎn)品節(jié)節(jié)后撤之時，高清、網(wǎng)絡監(jiān)控一路高歌猛進;與此同時，智能視頻行業(yè)初步完成磨合，也為智能分析全面應用鋪平道路?？缛?012年，視頻監(jiān)控行業(yè)高清化、網(wǎng)絡化、智能化熱潮依然有增無減。然而，在其如火如荼的發(fā)展勢頭背后，離不開作為重要動力的視頻編解碼技術(shù)強力支援。

　　發(fā)展軌跡

　　從1948年提出電視信號數(shù)字化編碼以來，圖像編碼壓縮技術(shù)的研究已有六十多年的歷史。時至今日，已形成并由國際標準化組織ISO/IEC制定的MPEG-X 和國際電聯(lián)ITU-T 制定的H.26X兩大系列視頻編碼國際標準。

　　MPEG-X系列

　　MPEG的全稱是“Motion Picture Expert Group”(運動圖像專家組)，隸屬于國際標準化組織ISO/IEC的一個專家工作組，其建成于1988年，主要負責為數(shù)字音視頻編碼算法開發(fā)和制定標準。MPEG標準的視頻壓縮編碼技術(shù)主要利用了具有運動補償?shù)膸g壓縮編碼技術(shù)以減小時間冗余度，利用DCT技術(shù)以減小圖像的空間冗余度，利用熵編碼則在信息表示方面減小了統(tǒng)計冗余度。這幾種技術(shù)的綜合運用，大大增強了壓縮性能。目前，MPEG標準旗下主要有以下五個標準，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。

　　據(jù)蘇州科達科技有限公司視頻技術(shù)開發(fā)高級工程師趙波介紹，MPEG制定的初衷是為CD建立視音頻標準，因而早些時候的標準都是面向數(shù)字影視而開發(fā)的。90年代風靡一時的VCD，可以說99%的VCD都是用MPEG1格式壓縮的。而制定于1994年的MPEG-2在MPEG-1的基礎(chǔ)上作了許多重要的擴展和改進，但基本算法和MPEG-1相同。MPEG-2主要應用在DVD的制作(壓縮)方面，同時在一些 HDTV和一些高要求視頻編輯、處理上面也有相當多的應用。其間，MPEG組曾經(jīng)起草過MPEG-3，原本針對于HDTV，后來被MPEG-2代替。

　　MPEG-1、MPEG-2在音視頻界割地據(jù)城，大行其道，但是它們都不太適合于網(wǎng)絡傳輸，特別要求在低碼率和異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下的音視頻信號通信——為了達到低碼率的目標，必須大幅度提高視頻數(shù)據(jù)的壓縮比，而MPEG-1/2所采用的基于像像素的壓縮方法，在壓縮40到50倍后就幾乎達到算法的極限，必須另辟蹊徑。MPEG-4的目標就是為視聽數(shù)據(jù)的編碼和交互播放開發(fā)算法和工具，最初是一個數(shù)據(jù)速率很低的多媒體通信標準，后來的目標是要在異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下能夠高度可靠地工作，并且具有很強的交互功能。 MPEG-4應用在移動通信和公用電話交換網(wǎng)(PSTN)上，并支持可視電話、電視郵件、電子報紙和其他低數(shù)據(jù)傳輸速率場合下的應用，如電視會議、網(wǎng)絡流媒體、移動視頻通信、IPTV等流媒體方面。

　　在21世紀初，MPEG組力圖建立一套描述符標準，用來描述各種類型的多媒體信息及它們之間的關(guān)系，以便更快更有效地檢索信息。MPEG-7隨即誕生。MPEG-7致力于視聽數(shù)據(jù)信息編碼的表達(表達內(nèi)容的信息，而不是內(nèi)容本身)。這一點與目標集中在視音頻數(shù)據(jù)的壓縮與編碼的MPEG-1/2/4不同，MPEG-7所表達的不是內(nèi)容/信息本身，而是表示信息的信息。MPEG-7提供了可視內(nèi)容的標準結(jié)構(gòu)和聯(lián)接機制、以及對可視內(nèi)容表述的標準化，為實現(xiàn)基于內(nèi)容的檢索提供了應用框架，并使對多媒體數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、交換、檢索和重用更加有效。

　　由于多媒體標準層出不窮，但各個標準之間還存在缺漏，不能真正做到配套銜接，還需要一個綜合性標準來協(xié)調(diào)。隨著網(wǎng)絡技術(shù)和應用的發(fā)展，基于多媒體的電子商務需要一個其結(jié)構(gòu)可以理解的共享模式——多媒體框架的支持。有鑒于此，MPEG于1996年10月提出制定多媒體框架標準的設(shè)想，2000年6月正式批準制定MPEG-21標準的計劃。MPEG-21又叫多媒體框架，2001年12月成為標準，功能是多媒體框架標準，基于多媒體的電子商務需要發(fā)展的共享模式，應用于不同多媒體系統(tǒng)的集成和應用。[nextpage]

　　H.26X系列

　　ITU-T國際電信同盟-電信標準化部門(International Telecommunications Union-Telecommunication Standardization Sector)及其前身國際無線電咨詢委員會CCIR(International Radio Consultative Committee)制定了一系列音視頻壓縮編碼和通信技術(shù)標準。有別于MPEG標準主要用于光存儲、廣播和流媒體，H.26x標準主要用于網(wǎng)絡和通信。除了視頻編碼標準本身之外，H.26x還有配套的系統(tǒng)、音頻、控制等相關(guān)標準。其成員主要包括H.261、H.263、H.264等。

　　H.261標準是ITU編制的第一個主流視頻壓縮標準。H.261標準是為ISDN設(shè)計，主要針對實時編碼和解碼設(shè)計，實際的編碼算法類似于MPEG算法，但不能與后者兼容。其壓縮和解壓縮的信號延時不超過150ms。H.261在實時編碼時比MPEG所占用的CPU運算量少得多，此算法為了優(yōu)化帶寬占用量，引進了在圖像質(zhì)量與運動幅度之間的平衡折中機制，也就是說，劇烈運動的圖像比相對靜止的圖像質(zhì)量要差。因此這種方法是屬于恒定碼流可變質(zhì)量編碼而非恒定質(zhì)量可變碼流編碼。

　　H.263在H.261之后得到開發(fā)，主要是為了以更低的比特率實現(xiàn)更高的質(zhì)量。H.263標準是甚低碼率的圖像編碼國際標準，它一方面以H.261為基礎(chǔ)，以混合編碼為核心，其基本原理框圖和H.261十分相似，原始數(shù)據(jù)和碼流組織也相似;另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些國際標準中有效、合理的部分，如：半像素精度的運動估計、PB幀預測等，使它性能優(yōu)于H.261。H.263使用的位率可小于64Kb/s，且傳輸比特率可不固定(變碼率)。

　　而與H.261、H.263不同的是，H.264是由MPEG與ITU-T的VCEG(Video Coding Experts Group視頻編碼專家組)聯(lián)合組成的JVT(Joint Video Team聯(lián)合視頻組)共同制定的，與MPEG的對應標準為MPEG-4的第10部分MPEG-4/AVC。H.264最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。尤其值得一提的是，H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質(zhì)量的、流暢的圖像，正因為如此，經(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟。

　　助推監(jiān)控

　　視頻編解碼技術(shù)是視頻監(jiān)控的實現(xiàn)基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，視頻監(jiān)控在不斷發(fā)展的同時，對視頻編解碼技術(shù)的需求也在不斷提高。早先，在監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻處理技術(shù)僅僅用來壓縮存儲數(shù)字化的視頻信息。隨著監(jiān)控系統(tǒng)高清化、網(wǎng)絡化和智能化的發(fā)展，安防領(lǐng)域有著壓縮存儲需求、顯示和播放需求、網(wǎng)絡QoS需求、安全性需求、交互性需求等一系列新的應用需求。而在編解碼方式應用上，與多媒體業(yè)類似，也以MPEG-4、H.264為主。

　　MPEG-4、H.264占據(jù)主流

　　在采訪中，北京中星微電子有限公司高級算法總監(jiān)邱嵩談到：“當前的視頻監(jiān)控，正在從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)演變，作為數(shù)字處理核心技術(shù)之一的視頻編解碼技術(shù)應用越來越廣。目前已經(jīng)部署的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，大量采用MPEG-4和H.264，尤以MPEG-4簡單檔次(simple profile)和H.264基本檔次(baseline profile)居多，少數(shù)較新的監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)支持功能更強大的H.264主要檔次(main profile)?！贝送?，由我國自主研發(fā)的專門針對安防監(jiān)控應用的視音頻編解碼技術(shù)——SVAC已經(jīng)正式成為國家標準，可以更好地滿足安防監(jiān)控的實際應用需求。SVAC作為新的專門針對安防監(jiān)控應用的視音頻編解碼技術(shù)，已有多種產(chǎn)品，并在一些試點示范項目上得到應用，其特點和優(yōu)勢正日益顯現(xiàn)。

　　當然，由于每種技術(shù)都有自身特定的壓縮比，因而在選用上應該針對不同的應用領(lǐng)域和目的而定。四川艾普視達數(shù)碼科技有限公司市場部經(jīng)理范清華表示：MPEG4 這種壓縮方式主要用在早期的DVR中。而H.264標準具有比MPEG-4更高的壓縮率，低碼率、低延時，從而可以進一步減少對帶寬的占用，是目前網(wǎng)絡視頻監(jiān)控行業(yè)采用最多的標準。另外，在某些特殊應用場所，也會應用上MJPEG，比如電子警察中的抓拍，以期獲得較好的圖質(zhì)。[nextpage]

　　畫質(zhì)優(yōu)先 兼顧碼率控制

　　呈現(xiàn)最佳畫質(zhì)，是視頻監(jiān)控業(yè)者矢志不渝的追求。然而在視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化過程中，帶寬占用和圖像質(zhì)量的矛盾貫穿始終。據(jù)中星微電子邱嵩介紹，解決這個矛盾，還得從技術(shù)上入手，在保證重要圖像質(zhì)量的前提下，設(shè)法降低帶寬占用。具體方案包括：

　　· 采用具有更高壓縮編碼效率的方案，比如采用CABAC技術(shù)可以比目前常用的VLC技術(shù)在同等圖像質(zhì)量下減少編碼碼字在10%以上;

　　· 采用感興趣區(qū)域(ROI)變質(zhì)量編碼技術(shù)，在保證用戶關(guān)注區(qū)域圖像質(zhì)量的前提下，通過減少背景區(qū)域的編碼碼字來降低帶寬占用;特別是和智能視頻分析技術(shù)相結(jié)合，通過智能視頻分析結(jié)果來劃定感興趣區(qū)域，使得這項技術(shù)擁有更靈活的應用方式和更廣闊的應用空間;例如，監(jiān)控端需要在大屏幕上查看質(zhì)量很好的圖像;進行自動圖像分析卻只需要稍低質(zhì)量的圖像;再如手持用戶需要看高質(zhì)量的感興趣區(qū)域圖像，同時大屏幕上又需要查看監(jiān)控的整體圖像等等。松下的VIQS技術(shù)即是以其為藍本;

　　· 采用可伸縮視頻編碼(SVC)技術(shù)，通過對視頻數(shù)據(jù)的分層次編碼來滿足不同帶寬和圖像質(zhì)量的需求。可伸縮的視頻編碼技術(shù)因為具有良好的網(wǎng)絡適應性，所以圍繞它的應用，尤其是網(wǎng)絡環(huán)境下的應用，會越來越多?？梢灶A見，在未來的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控中，可伸縮技術(shù)將是保證網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量的一個重要實現(xiàn)技術(shù)。蘇州科達趙波表示，視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡化，說明應用環(huán)境的日趨復雜，使得一次編碼，隨處瀏覽的概念廣為流行，SVC作為這個概念的實現(xiàn)者，正在市場中取得越來越廣的應用;

　　而在?？低晥D像處理部產(chǎn)品經(jīng)理俞海看來，對于碼流過大的問題，若是拋開成本等因素，最直接的方法當然是采用更高級的壓縮技術(shù)。拿H.264來說，目前市場產(chǎn)品使用的大多是基本檔次，即Baseline Profile，而實際上H.264還有壓縮比更高的主檔次Main Profile和針對高清應用的高級檔次High Profile。以Main Profile為例，其中包括針對隔行制式信號設(shè)計的field coding場編碼方法，在DVR連接模擬相機進行4cif/D1分辨率編碼的時候，能夠大幅提高壓縮視頻的保真度。據(jù)了解，艾普視達監(jiān)控新品基于H.264 Main Profile @Level 5.0壓縮算法，其在保證圖像質(zhì)量的前提下，延時可以控制在250毫秒。

　　挑戰(zhàn)不容忽視

　　視頻壓縮的目的是對數(shù)字視頻進行編碼——在保持視頻質(zhì)量的同時占用盡可能少的存儲空間或在網(wǎng)絡傳輸時占有更少的帶寬，不過，在視頻監(jiān)控行業(yè)，視頻編解碼技術(shù)應用之路并不坦蕩。

　　在采訪的書面回復中，中星微電子邱嵩表示，MPEG-4和H.264是在廣電和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應用較廣的視頻編解碼技術(shù)，技術(shù)上比較成熟。目前支持這兩個標準的視頻監(jiān)控產(chǎn)品種類較豐富，但多數(shù)僅支持兩個標準中最簡單、最基礎(chǔ)的功能集合，而且由于是從廣電領(lǐng)域借用的標準，對一些視頻監(jiān)控應用的特殊需求支持不夠，例如，對現(xiàn)場視頻信息的保真度不夠、網(wǎng)絡適應性不強、沒有考慮對機器智能分析和識別的支持、缺少對監(jiān)控專用信息的支持、缺少對數(shù)據(jù)安全性和真實性的保護等等。

　　其次，前面談到 MPEG-2、MPEG-4、H.263和H.264在制定的時候沒有特別把安防視頻監(jiān)控的需求考慮進去。這些現(xiàn)存標準也并不能夠完全適合安防行業(yè)的各種特殊需求。比如視頻監(jiān)控要求編碼技術(shù)具有可伸縮性，以適應不同的網(wǎng)絡情況以及存儲和檢索的不同要求。另外，視頻編碼技術(shù)應該易于實現(xiàn)視頻對象的分割，以有利于監(jiān)控中預警信號的產(chǎn)生和事后對資料取證比對。

　　再者，一些先進的編解碼技術(shù)還沒有應用在視頻監(jiān)控中。現(xiàn)存的一些先進的編解碼技術(shù)還沒有很好地應用在安防監(jiān)控中，比如說可伸縮視頻編解碼、多視點視頻編碼等等?，F(xiàn)在的監(jiān)控系統(tǒng)中，使用的編解碼技術(shù)主要還是解決壓縮存儲的問題。所以，在安防監(jiān)控領(lǐng)域中，需要進一步加強對于編解碼前沿技術(shù)的研究。

　　最后，智能處理技術(shù)還沒有成熟應用。智能化的視頻監(jiān)控需要具有圖像檢測預警的功能。目前，在一些大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)幾乎只作為一種提供事后取證錄像的工具。因為在這些大型項目中，比如城市監(jiān)控，一般有成百上千個監(jiān)控點，工作人員根本無力管理和監(jiān)看，因此，監(jiān)控系統(tǒng)也喪失了原來擁有的預防能力。安防行業(yè)迫切需要的是智能化的視頻監(jiān)控，及時預警事件(盜竊、破壞、入侵)可能發(fā)生或正在進行的事件，提醒管理人員事態(tài)的發(fā)展到了限定的界線，以便及時地阻止事件，避免產(chǎn)生嚴重的后果。[nextpage]

　　推陳出新

　　市場需求是推進技術(shù)創(chuàng)新和應用的最大引擎。為了實現(xiàn)更好的壓縮及獲得新的市場機遇，現(xiàn)有標準也在不斷發(fā)展。在標準化方面，MPEG工作組和VCEG工作組自聯(lián)合制定H.264標準后，又陸續(xù)完成了面向可伸縮網(wǎng)絡傳輸應用的H.264 SVC標準擴展，以及面向多視應用的H.264 MVC標準擴展(在視頻監(jiān)控類的應用中，多視點視頻編碼技術(shù)有助于實現(xiàn)多視角立體監(jiān)控，多攝像頭聯(lián)動等應用)，預計在明后年將推出H.265(即H.264 HVC)的編碼標準，該標準主要依賴小波的聚能性能和分解級數(shù)進行視頻壓縮，在壓縮效率、魯棒性和錯誤恢復能力、實時遲延和復雜度等方面將會有較大改進。在國內(nèi)，AVS工作組已經(jīng)成功完成第一代AVS視音頻編碼標準的制定工作，而面向高清、超高清、三維視頻的AVS2標準制定工作已經(jīng)展開。此外，上文提到的安防監(jiān)控SVAC標準自2011年5月1日正式實施以來，得到積極有序的推廣，在多項試點示范項目應用上表現(xiàn)良好。

　　除了上述行業(yè)標準以外，還出現(xiàn)了幾種專用于因特網(wǎng)流媒體應用、廣受歡迎的專用解決方案，其中包括 Real Networks Real Video (RV10)、Microsoft Windows Media Video 9 (WMV9) 系列、ON2 VP6 以及 Nancy。由于這些格式在內(nèi)容中得到了廣泛應用，因此專用編解碼技術(shù)可以成為業(yè)界標準。2003年9月，微軟公司向電影與電視工程師學會(SMPTE)提議在該機構(gòu)的支持下實現(xiàn) WMV9位流與語法的標準化。該提議得到了采納，現(xiàn)在 WMV9已經(jīng)被SMPTE作為VC-1實現(xiàn)標準化。

　　新技術(shù)是帶動產(chǎn)品和行業(yè)進步的火車頭，而新技術(shù)要快速、大范圍的推廣必須走標準化道路。以H.264、SVAC等標準為代表的新標準和新技術(shù)的實施推廣，將有效解決目前視頻監(jiān)控領(lǐng)域由于借用其他領(lǐng)域標準和技術(shù)而無法很好滿足其特殊應用需求的問題，提升視頻監(jiān)控產(chǎn)品的技術(shù)水平，催生一批更具競爭性的新產(chǎn)品、新應用，加速視頻監(jiān)控系統(tǒng)向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、高清化、智能化方向的發(fā)展，推動視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)健康、快速的成長。

　　未來展望

　　作為主要應用領(lǐng)域之一，監(jiān)控行業(yè)已經(jīng)走在編解碼技術(shù)發(fā)展的前沿?？梢灶A見，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的視頻壓縮標準可以針對具體應用提供越來越高的壓縮效率和越來越豐富的工具。另外，向網(wǎng)絡化發(fā)展的趨勢意味著許多產(chǎn)品越來越需要支持多種標準。

　　?？低曈岷１硎荆谝曨l監(jiān)控應用中，未來的監(jiān)控產(chǎn)品研發(fā)明顯趨勢之一是支持新的視頻標準，如H.264/AVC、AVS等，而支持多種格式編解碼的能力也很關(guān)鍵。此外，對基于不同編碼標準、不同幀速率、不同分辨率的視頻流進行格式轉(zhuǎn)換的能力是另一項關(guān)鍵能力。其還說道，未來視頻編碼技術(shù)發(fā)展的趨勢，是標準化和專業(yè)化并存。標準化的內(nèi)涵，不僅是遵循提高壓縮率的核心價值來制定新的視頻編碼標準，而且是在物聯(lián)網(wǎng)大產(chǎn)業(yè)的趨勢下，與主流數(shù)字化多媒體技術(shù)緊密結(jié)合，制定形成跨行業(yè)、跨應用的更大范圍、統(tǒng)一開放的標準體系。專業(yè)化，則是在標準化的基礎(chǔ)之上，以底層屬性互相兼容為前提，針對各領(lǐng)域的專業(yè)需求進行百花齊放的擴展，形成貼近應用而各具特色的產(chǎn)品。

　　總之，在跨越式前進的同時，視頻編解碼技術(shù)將為視頻監(jiān)控向高清化、智能化、網(wǎng)絡化源源不斷的輸入“能量”，推動監(jiān)控產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。