深入剖析硬盘录像机视频压缩算法

　　一、视频编解码芯片
　　
　　目前DVR领域过去与现在正在使用的视频编解码芯片主要有：
　　
　　1.ASIC（真正的硬压缩）：该芯片为一种的视频编解码芯片，压缩与解压缩技术代码固在芯片中，在MPEG-4时代到来之前，视频压缩主要是以ASIC为主的，但由于ASIC技术产品花周期较长，无法适用算法快速进步的步伐，如今ASIC的芯片产品越来越少。
　　
　　2.DSP（原理上实为软压缩）：DSP是一种高速信号处理器IC，DVR开发商在DSP平台上进行开发有如下优势：
　　
　　*，用户开发自由度更大，支持多种个性化开发，可以满足市场不断提出的新的要求，在*时间提升产品性能，增强产品的竞争能力；
　　
　　第二，DSP处理能力强，可以在一个DSP上同时实现多路音视频信号的压缩处理，同时为了及时满足应用的需要、还提供了很多视频功能，这样就使进一步降低产品的成本成为可能；
　　
　　第三，开发周期短，实现快速技术更新和产品换代；
　　
　　DSP的缺点：受DSP体系构架的限制，面对高度复杂的H.264算法，实现低成本的实时压缩非常困难。
　　
　　二、压缩算法
　　
　　视频压缩算法有MPEG-1、MJPEG、小波算法、MPEG-2、MPEG4、H.261、H.263、H.264以及H.265等很多很多，在DVR领域，DVR常用的压缩算法主要有MJPEG、小波算法、MPEG-4、H.264，下面我将简单介绍之。
　　
　　1）MJPEG
　　
　　MJPEG（MotionJPEG）压缩技术标准源于JPEG图片压缩技术，是一种简单的帧内JPEG压缩，它对视频的每一帧进行压缩，压缩比率较小，数量大，通常每路每小时325X288分辨率录像需要硬盘空间1G左右，不仅消耗硬盘大，而且难以用于网络视频监控，除非采用非实时，这种压缩算法的优点是录像质量较好，远程监控时每帧图片质量较好，目前有些嵌入式或DVR卡依然有在采用这种压缩算法。如韩国的LG公司的PICASO视频监控卡
　　
　　2）小波算法
　　
　　小波算法是基于小波变换的视频压缩，该技术是使图像信号的时域分辨率和频域分辨率同时达到zui高。内核是采用行进中压缩和解压缩方式，视频中帧与帧之间没有相关性，其压缩比可达70：1或更高，压缩复杂度约为JPEG的3倍，适合压缩高清晰大画面电影，但硬盘消耗偏大，以352X288录像，每路每小时一般为350M左右，网络传输效果也不佳、目前市场上采用小波算法的板卡有韩国KODICOM卡，该类卡受MPEG-4硬盘录像卡冲击，也趋于淘汰。
　　
　　3）MPEG-4
　　
　　MPEG-4标准是面向对象的压缩方式，不是像MPEG-1和MPEG-2简单地将图像分为一些像块，而是根据图像内容，将其中的对象（物体、人物、背景）分离出来分别进行帧内、帧间编码压缩，并允许在不同的对象之间灵活分配码率，对重要的对象分配较多的字节，对次要的对象分配较少的字节，从而大大提高了压缩比，使其在较低的码率下获得较好的效果。MPEG-4的传输速率为4.8~64kbit/s，使用时占用的存储空间比较小，以352X288录像每路每小时一般为平均为150M左右，并且MPEG-4录像画质从VCD到DVR画质可调。
　　
　　值得注意的是，同样是MPEG-4算法，各家公司的相差很大，据我所知，有微软（MS）的MPEG-4，DIVX的MEPG-4，还有XVID的MPEG-4，而各家DVR公司有的*采用前面所提到的MPEG-4，有的自己针对DVR进行算法优化的MPEG-4，其中MSMPEG-4内核是不对外公开的，只能应用与WindowsMedia流媒体技术上，早在2004年深圳波粒就曾经采用MSMPGE-4，由于技术封闭，这种MPEG-4的应用受到了限制，波粒已经放弃采用这种MEPG-4，后来视频编码方面的高手与黑客破解了微软的MPEG-4，并做了些改进，就出来了DIVX3.11MPEG-4，很快DIVXMPEG-4红的发紫，几乎成了业界标准，DivX技术的创造者之一Rota还申请将DivX合法化了，DivX成立的初衷就是摆脱微软的技术封锁，开放源码，吸引很多软件视频高手参与。后来DXN公司突然封闭了DivX的源代码，发布了自有产品DivX4，之后另一视频高手团在OPENDIVX基础上，开发出新的MPEG-4编码XVID，其名字与DIVX几乎相反，这个取名就代表着这支视频高手团对DXN的愤怒与仇视，从技术上来说，Xvid已经基本上与DXN公司的版本DivX5接近，或者还有所超越，它可以在保持DivX5画质基础上，大大提高压缩时间，被认为是目前zui快的MPEG4编码。除此之外，Xvid还吸收了前车之鉴，依照GPL发布，也就是说，谁要是想做成产品而不开放源码是非法的。
　　
　　4）H.264
　　
　　在H.264视频编码标准通过之前，被称为标准14496-10（MEPG-4第10部分）。因此可见H.264并不是比MPEG-4*，他们其实是一回事。以前大量使用的MPEG-4是采用了标准的MEPG-4第10部分以前版本，目前名称对应的关系为：
　　
　　H.264BaselineProfile对应MPEG-4SP
　　
　　H.264MainProfile对应MPEG-4ASP
　　
　　H.264ExtendedProfile对应MPEG-4ARTSorFGS
　　
　　H.264BaselineProfile对应MPEG-4Studio
　　
　　作为目前的视频编码技术H.264，在安防行业应用有着非常大的前景。H.264标准采用了很多新技术用来提高压缩比降低码流，主要是采用了高精度、多模式预测技术。
　　
　　H.264标准针对网络传输的需要设计了视频编码层VCL和网络提取层NAL结构，网络抽象层是提供“网络友好”的界面，从而使视频编码层能够在各种系统中得到有效的应用。H.264标准针对网络传输的需要设计了差错消除的工具便于压缩视频在误码、丢包多发环境中传输，从而保证了视频传输的有效性。
　　
　　H.264算法分为BaselineProfile、MainProfile、ExtendedProfile和HighProfile四层，H.264算法与以前的算法相比，在算法复杂度上H.264BaselineProfile是以前MPEG-4的2倍左右，H.264MainProfile是MPEG-4的10倍以上，HighProfile复杂度zui高；在压缩码流方面，BaseProfile低于MPEG-410-20%，MainProfile低于MPEG-4的一半。
　　
　　大家可以看出，实现H.264MainProfile算法后可以使视频码流降低一半，可以实现CIF格式视频在普通的ADSL上实时连续传输，即使在网络有波动的情况下也不会受到影响。同时由于H.264算法具有网络编码层和网络传输层结构，这样对于普通的宽带网络和无线网络的适应性大大加强，不会由于网络的误码影响传输的质量。
　　
　　然而目前的芯片处理能力还不能够实现完整的H.264算法，现在只能实现H.264算法中的部分功能，因此需要一个过程才能够体验到H.264给大家带来的优点。