视频压缩和编码技术常见问题

视频压缩和编码技术常见问题
图像压缩技术简介
图像压缩技术主要包括M-JPEG，MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4。在视频通讯上，则有H.261及H.263，H.261用于LAN和Internet，H.263则用于PSTN。小波压缩主要用在静态图像的压缩。在同等条件下,如同样的压缩比和信噪比(压缩后的图像质量与源图像相比)，则MPEG有优势。
图像压缩技术一览表
压缩标准 MPEG4 MPEG2 MPEG1 MJPEG
特点 兼容前几种标准，采用更为优化的编码技术，基于场景描述和面向带宽设计 基于帧重建算法进行压缩和传输，动态监测图像变化，根据对象的空间及时间特征来调整压缩方法， 帧间加入预测帧 单独对一帧进行压缩,基本不考虑视频流中不同帧之间的变化
优点 图像质量好; 可变带宽传输; 错误恢复能力强。 压缩比可调范围广，支持包括高速体育运动在内的活动图像 在实时压缩、每帧数据量和处理速度上优于MJPEG 图像质量好
缺点 无现成算法，实现的技术难度大 压缩效率仍不理想、窄带网传输质量受限，对媒体的兼容能力有待提高 图像质量相当于VHS视频，不能满足广播级的要求；传输带宽有一定的要求。 实时性差，压缩效率低, 文件量巨大
应用领域 固定和无线网络，交互AV服务以及远程传输 DVD, 广播级的数字电视, HDTV VCD, CD-ROM, VOD
分辨率 768X576（PAL） 或720X480(NTSC) NTSC: 720X480 SIF标准分辨率(NTSC：352X240；PAL： 352X288)
码流 多种带宽可调 分四级，3 -100Mbits/sec 最高1.5Mbits/sec
图像质量 在各种码率下画质良好 极低码率下无法保证图像质量 基本无法进行窄带传输
多路实时存储 多路实时存储，占用存储空间小 能实现多路实时存储，文件量大，消耗硬盘。 能实现多路实时存储，文件量大，消耗硬盘。 单路存储，丢帧切换
联网要求 全带宽解决方案，支持PSTN，ISDN，DDN，局域网，广域网等 适用于局域网 适用于局域网 定制带宽，不支持联网。
什么是算法？
算法即信号编解码器(Codec) 压缩/解压缩的运算法则。也就是压缩与解压缩所使用的压缩标准。一般的编码包括将模拟视频信号转换到压缩视频文件（比如MPEG）或将模拟声音信号转变为数字化声音（比如RealAudio）。
MPEG视频压缩算法采用了哪些技术？
为满足高压缩比和随机访问两方面的要求，MPEG视频算法采用了预测和插补两种帧间编码技术。MPEG视频压缩算法中包含两种基本技术：一种是基于16×16子块的运动补偿，用来减少帧序列的时域冗余；另一种是基于DCT的压缩，用于减少帧序列的空域冗余，在帧内压缩及帧间预测中均使用了DCT变换。
什么是运动补偿？
运动补偿是当前视频图像压缩技术中使用最普遍的方法之一。包括：
1、 运动补偿预测
　　视频的相邻帧间的运动部分具有连续性，即当前画面上的图像可以看成是前画某时刻画面上图像的位移，位移的幅度值和方向在画面各处可以不同。利用运动位移信息与前面某时刻的图像对当前画面图像进行预测的方法，称为前向预测。反之，根据某时刻的图与位移信息预测该时刻之前的图像，称为后向预测。
MPEG的运动补偿将画面分成若干16×16的子图像块（称为补偿单元或宏块），并根据一定的条件分别进行帧内预测、前后预测、后向预测及平均预测。
2、 运动补偿插值
以插补方法补偿运动信息是提高视频压缩比的最有效措施之一。在时域中插补运动补偿是一种多分辨率压缩技术。例如1/15秒或1/10秒时间隔选取参考子图，对时域较低分辨率子图进行编码，通过低分辨子图反映运动趋势的附加校正信息（运动夭量）进行插值，可得到满分辨率（帧率1/30秒）的视频信号。插值运动补偿也称为双向预测，因为它既利用了前面帧的信息又利用了后面帧的信息。
什么是关键帧 (Key Frame)？
在一些压缩方案中，有些帧被指定为关键帧。既然两帧之间的画面的大部分内容往往没有太大区别，就可以将后续帧和关键帧进行比较，而保存真正发生变化的部分。这样可以节省空间。
什么是M-JPEG算法？
Motion-JPEG（简称M-JPEG），它是针对活动图像而优化的JPEG压缩而称。而JPEG是针对一帧图像通过帧内的DCT(离散余弦变换)变换来对图像数据进行压缩，通过对电视数字信号（4:2:2数据）在帧内进行JPEG压缩，以减少电视数字信号数据量。因而，M-JPEG格式常常用于以帧为单位的电视编辑、特技制作等。而在监控系统等其它应用中, M-JPEG的主要问题是在一定的视频图像质量前提下,压缩比难以提高，占用的设备资源巨大，在实时压缩和传输方面难于实现。
什么是CBR和VBR？
VBR（Variable Bit-Rate，变比特率）：在给定目标码率要求下，码流可根据场景和线路条件变化，从而获得最优质量。通常用于视频流内容编码转换。
CBR（Constant Bit-Rate，定比特率）：按给定比特率提供码流，通常用于实时或在带宽条件有限的情况下的视频应用。