图像压缩技术的升华
——浅谈MPEG-4+(增强版)的诞生
在正式开始读这篇文章之前,先耽误您一点时间,让我们先来简单地看看下面这组数字,1幅320*240的图片,按照RGB格式存储需要320*240*3=225K磁盘空间,按照每秒25帧计算,每小时需要占用磁盘空间320*240*3*25*3600=19.3G字节,相当于320*240*3*25*8=46Mbps,如果仅仅是咱们自己家里录像,准备留着以后看看的话,基本上还是能够忍受的,但如果这个数字是用于网络传输的话,那简直就是不可想象的。进一步说,如果这些数据是用在安防领域,并且需要全天24小时乃至全年不间断地进行监控的时候,这样的一个数字又意味着什么?首先能联想到的是硬盘的空间不够了,这就是为什么我们觉得压缩算法如此重要的原因。
在如今市场上各类不同品牌型号的数字硬盘摄像机(DVR)设备中,各自采用的压缩算法也不尽相同,用得比较多的是MPEG-2、MPEG-4、MJPEG 、JPEG2000等,那么孰优孰劣,我们在此进行一定的比较:
MPEG-2:针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩技术和系统层的详细规定,编码率从每秒3Mb到100Mb,标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级,MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送,被认定为SDTV和HDTV的编码标准。MPEG-2还专门规定了多路节目的复分接方式。虽然MPEG-2比MPEG-1新,但是他们在技术手段和基本理念上并没有多大的差别。但是由于MPEG-2在提高图像分辨率、兼容未来的数字电视等方面做了一些补充。
MPEG-4:它是目前比较新的图像格式标准之一。它的设计思想是在超低带宽(10Kbps到1Mbps)的条件下提供尽可能好的图像质量。此外,对MPEG-4来说,数据传输的完整性、正确性也显得非常重要,因为它们在移动通信的过程中会起到特别关键的作用(相对地,MPEG-1或MPEG-2在传输时减少了丢帧现象,并提高了图像传输质量)。MPEG-4标准最不同从前的是它按对象组织图像内容。也就是说,它把图像内容分解成一个个的对象单元,对这些对象单元可以进行单独的存放和处理,并调整了他们的相对位置。
JPEG :它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会。它制定出了第一套国标静态图像压缩标准:ISO 10918-1 就是我们俗称的 JPEG 了。由于JPEG优良的品质,使得它在短短的几年内就获得极大的成功,目前网站上百分之八十的图像都是采用JPEG的压缩标准。
MJPEG:它实际上是静态图像与动态图像之间的中间格式。MJPEG数据流的单元就是一帧一帧的JPEG画片。因为每帧都可任意存取,所以MJPEG常被用于视频编辑系统。MJPEG格式是对每一帧进行压缩,通常可达到6:1的压缩率,这个比率相对来说仍然不足。由于MJPEG标准没有定义视音频的同步标准,所以各厂家必须自己实现。
JPEG2000:随著多媒体应用领域的激增,传统JPEG压缩技术已无法满足人们对多无媒体图像资料的要求。更高压缩率以及更多新功能的新一代静态图像压缩技术JPEG2000就诞生了。JPEG2000正式名称为“ISO15444”,同样是由JPEG组织负责制定。自1997年三月开始筹划,但这几年间,在算法选取问题上耽误了不少时间,后来由于数字照相机厂商们施加相当的压力,规定基本编码系统的最终协议草案终于在2000年底得以出台。
看了以上的介绍,想必大家对于压缩算法有了一个简单的认识,而最有优势的无疑是MPEG-4和JPEG2000,的确,在很长的一段时间里,在某些特定的领域里,人们一直认为MPEG-4是最具竞争力,最有优势的压缩算法,然后随着JPEG的出现和JPEG2000的成熟,其优势也随之减弱,与MPEG-4相比较而言,MPEG-4+(增强版)具备一个有绝对优势优点:MPEG-4+(增强版)支持所谓的“感兴趣区域”特性,你可以任意指定图像上你感兴趣区域的压缩质量,还可以选择指定的部份先解压缩。这样我们就可以很方便的突出重点了,其对于安防领域的意义是不容置疑的。
从如今市场上的各类数字硬盘摄像机(DVR)产品来看,因为基本上都是从国外引进板卡,国内装配,所以产品的优势主要体现在硬件,尤其是板卡的技术上,在众多品牌的视频采集卡中,我们需要特别介绍一下由普天和韩国PICASO公司共同研制、开发和生产的产品,PICASO公司为全球著名数字监控设备供应商,普天集团的实力更是不容小视,正是依托两者的强大实力,其推出的这款产品突破以往产品采用MPEG-2、MPEG-4、MJPEG 、JPEG2000等压缩算法的定式,创新性地推出了具有独特地图像处理技术MPEG-4+(增强版)的压缩算法(即动静态相结合的视频压缩技术),以全新的图像压缩技术进入视频监控市场领域。JPEG2000+压缩算法基本上沿袭了MPEG-4+(增强版)的各项特性及优点,在此基础上更进一步的提高了压缩率,同时该项图像压缩技术也是目前市面上少数高于摄像头分辨率的压缩技术之一。
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