监控中的标清、高清和全高清(附H.264简介)

最近行业都积极热炒高清，因此让我们直接感受到，高清视频已是监控市场的大势所趋。然而对于高清，估计很多朋友仍然并不熟悉（包括本人也在拼命搜索资讯吸收、补充这方面的知识），现转回网络上的一些资料分享给大家！



什么是监控中的标清、高清和全高清

过去几年，受消费电子市场的推动，再加上CRT电视机正向液晶和等离子电视屏幕转变，HDTV取得了巨大的成功。 随着视频监控领域现在也开始采用HDTV，监控中的标清、高清和全高清概念基本沿用高清电视的一些叫法。与模拟CCTV系统相比，高清就意味着出色的图像质量。目前大家都在炒作高清的概念，以前我们通常把D1(704*576)以上的分辨率都叫做高清，其实不然，D1只是标准清晰度的分辨率。我们现在就来看一下什么是标清、高清和全高清。相信通过AipStar和众多高清视频监控厂商的努力，在不久的将来，高清将普及整个安防监控市场。

标清:所谓标清，是物理分辨率在720p(1280*720)以下的一种视频格式。720p是指视频的垂直分辨率为720线逐行扫描。具体的说，是指分辨率在400线左右的VCD、DVD、电视节目等“标清”视频格式，即标准清晰度。而物理分辨率达到720p以上则称作为高清,（英文表述High Definition）简称HD。关于高清的标准，国际上公认的有两条：视频垂直分辨率超过720p或1080i；视频宽纵比为16：9。



高清:对于“高清”和“标清”的划分首先来自于所能看到的视频效果。由于图像质量和信道传输所占的带宽不同，使得数字电视信号分为HDTV(高清晰度电视)、SDTV（标准清晰度电视）和LDTV（普通清晰度电视）。从视觉效果来看HDTV的规格最高，其图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平，它要求视频内容和显示设备水平分辨率达到1000线以上，分辨率最高可达1920×1080。从画质来看，由于高清的分辨率基本上相当于传统模拟电视的4倍，画面清晰度、色彩还原度都要远胜过传统电视。而16：9的宽屏显示也带来更宽广的视觉享受。从音频效果看，高清电视节目将支持杜比5.1声道环绕声，而高清影片节目将支持杜比5.1 True HD规格，这将给我们带来超震撼的听觉享受。
由于受到成本的限制，高清在视频监控行业一直未得到有效地应用。而现在芯片技术及压缩算法的发展，高清的视频监控产品逐渐兴起。现在D1标清视频压缩格式业已正式写入数字硬盘录像系统（DVR）国家标准。从整个视频监控行业来看，现在市场上已经有商用的基于标准H.264的高清网络摄像机（HD IP Camera）和视频服务器产品，清晰度通常可以达到720P但帧率通常只有15FPS以下，不能达到实时视频监控的目的。AipStar公司有一款720P高清百万像素网络摄像机，基于标准H.264 Main Profile压缩算法，能够在更低的码流下实现更清晰的图像效果。它支持30FPS的720P实时双码流视频编码，高清、实时、双码流，具备SD卡和USB录像功能，支持Wifi无线，更支持YPbPr高清视频模拟输出，具有较高的性价比。



FULL HD 全高清:所谓全高清（FULL HD），是指物理分辨率高达1920×1080显示（包括1080i和1080P），其中i（interlace）是指隔行扫描；P（Progressive）代表逐行扫描，这两者在画面的精细度上有着很大的差别，1080P的画质要胜过1080i。对应地把720称为标准高清。很显然，由于在传输的过程中数据信息更加丰富，所以1080在分辨率上更有优势，尤其在大屏幕电视方面，1080能确保更清晰的画质。由于成本等原因Full HD产品目前在监控系统中还较少应用，通常仅在一些高端应用。


HDTV与高清监控系统通用标准





HDTV的分辨率最高可达标准模拟TV分辨率的5倍。 HDTV还拥有更好的色彩保真度和16:9格式。 SMPTE（美国电影电视工程师协会）定义的两个最重要的HDTV标准是SMPTE 296M和SMPTE 274M。

SMPTE 296M（HDTV 720P）定义的分辨率为1280x720 像素，１６：９格式的
高保真色彩，25/30 Hertz (Hz)顺序扫描频率，即每秒２５－３０帧，根据具体国家而定，还支持50/60Ｈz扫描频率（每秒50/60帧）。
SMPTE 274M（HDTV 1080） 定义的分辨率为1920x1080像素，１６：９格式的
高保真色彩，使用25/30 Hertz (Hz)和50/60Ｈz的交错或顺序扫描频率。
符合SMPTE标准的摄像机表示遵从HDTV质量，并应提供HDTV的所有分辨率、色彩保真度和帧速率优点。
HDTV基于正方形像素，类似于计算机屏幕，因此来自网络视频产品的HDTV视频既可以在HDTV屏幕上显示，也可以在标准计算机监视器上显示。使用顺序扫描HDTV视频，当视频将由计算机处理或在计算机屏幕上显示时，不需要应用转换或反交错技术。

资料来源：[email=http://www.tv1080p.net/shownews.asp?id=25]百万高清监控技术网择


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H.264标准简介
H.264/MPEG-4 AVC


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H.264，或称MPEG-4第十部分，是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。

ITU-T的H.264标准和ISO/IEC MPEG-4第10部分（正式名称是ISO/IEC 14496-10）在编解码技术上是相同的，这种编解码技术也被称为AVC，即高级视频编码（Advanced Video Coding）。该标准第一版的最终草案已于2003年5月完成。

H.264是ITU-T以H.26x系列为名称命名的标准之一，同时AVC是ISO/IEC MPEG一方的称呼。这个标准通常被称之为H.264/AVC（或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4 AVC或MPEG-4/H.264 AVC）而明确的说明它两方面的开发者。该标准最早来自于ITU-T的称之为H.26L的项目的开发。H.26L这个名称虽然不太常见，但是一直被使用着。

有时候该标准也被称之为“JVT 编解码器”，这是由于该标准是由JVT组织并开发的（作为两个机构合作开发同一个标准的事情并非空前，之前的视频编码标准MPEG-2也是由MPEG和ITU-T两方合作开发的，因此MPEG-2在ITU-T的命名规范中被称之为H.262）。

H.264/AVC项目最初的目标是希望新的编解码器能够在比相对以前的视频标准（比如MPEG-2或者H.263）低很多的位元率下（比如说，一半或者更少）提供很好的视频质量；同时，并不增加很多复杂的编码工具，使得硬件难以实现。另外一个目标是可适应性，即该编解码器能够在一个很广的范围内使用（比如说，即包含高码率也包含低码率，以及不同的视频分辨率），并且能在各种网络和系统上（比如组播、DVD存储、RTP/IP包网络、ITU-T多媒体电话系统）工作。

JVT 最近完成了一个对原标准的拓展，该拓展被称为高精度拓展（Fidelity Range Extensions， FRExt）。该拓展通过支持更高的像素精度（包括10位元和12位元像素精度）和支持更高的色度抽样率（包括YUV 4:2:2和YUV 4:4:4）来支持更高精度的视频编码。该拓展加入了一些新的特性（比如自适应的4x4和8x8的整数变换，用户自定义量化加权矩阵，高效的帧间无失真编码，支持新增的色度空间和色度参差变换）。该拓展的设计于2004年7月完成，草案也于2004年9月完成。由于该标准的最早版本于2003年5月完成，JVT已经完成了一轮对标准的勘误工作，新一轮的勘误也已于最近完成并且得到了ITU-T的批准，不久也将被MPEG批准。

H.264的四种Profile类


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AVC/H.264定义了4种不同的Profile(类)：Baseline(基线类), Main(主要类), Extended(扩展类)和High Profile(高端类)（它们各自下分成许多个层）：

- Baseline Profile 提供I/P帧，仅支持progressive(逐行扫描)和CAVLC
- Extended Profile 提供I/P/B/SP/SI帧，仅支持progressive(逐行扫描)和CAVLC
- Main Profile 提供I/P/B帧，支持progressive(逐行扫描)和interlaced(隔行扫描)，提供CAVLC或CABAC
- High Profile （也就是FRExt）在Main Profile基础上新增：8x8 intra prediction(8x8 帧内预测), custom quant(自定义量化), lossless video coding(无损视频编码), 更多的yuv格式（4:4:4...）

技术细节


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H.264/AVC 包含了一系列新的特征，使得它比起以前的编解码器不但能够更有效的进行编码，还能在各种网络环境下的应用中使用。这些新特性包括：

多参考帧的运动补偿。比起以前的视频编码标准，H.264/AVC以更灵活的方式使用已编码的更多帧来作为参考帧。在某些情况下，可以使用最多32个参考帧（在以前的标准里面，参考帧的数目不是1就是对B帧来说的2）。该特性对大多数场景序列都可以带来一定的码率降低或者质量提高，对某些类型的场景序列，例如快速重复的闪光，反覆的剪切或者背景遮挡的情况，它能很显著的降低编码的码率。
变块尺寸运动补偿。可使用最大16x16至最小4x4的块来进行运动估计与运动补偿，能够对图像序列中的运动区域进行更精确的分割。
为了减少锯齿(en:Aliasing)并得到更锐化的图像，采用六抽头的滤波器来产生二分之一像素的亮度份量预测值。
宏块对结构允许场模式中采用16x16的宏块(相对于MPEG-2中的16x8)。
1/4像素精度的运动补偿能够提供更高精度的运动块预测，由于色度通常是亮度抽样的1/2（参见4:2:0），这时运动补偿的精度就达到了1/8像素精度。
加权的运动预测，指在运动补偿时可以使用增加权重和偏移的办法。它能在一些特殊的场合，如淡入、淡出、淡出而后淡入等情况提供相当大的编码增益。
使用了一个环内的除块效应滤波器，能够减轻普遍存在于其他基于离散余弦变换(DCT)的视频编解码器的块效应。
一个匹配的整数4x4变换（类似于离散余弦变换的设计），同样在高精度拓展 中，采用整数8x8变换，并能在4x4变换和8x8变换中进行自适应的选择。
在第一次4x4变换后，对DC系数（色度的DC系数和某种特殊状况的亮度DC系数）再进行一次Hadamard变换，使得在平滑区域得到更好的压缩效果。
利用临近块的边界像素的Intra空间预测（比曾在MPEG-2视频部分使用的直流系数预测和在H.263+和MPEG-4视频部分使用的变换系数预测的效果要好）。
基于上下文的二元算数编码 (CABAC),它能够灵活的将各种语法元素，在已知相应上下文概率分布的状况下进行更有效的无损熵编码。
基于上下文的变长编码 (CAVLC)，用于对量化后的变化系数进行编码。比起CABAC它的复杂度相对较低，压缩比不高，但是比起以前的视频编码标准所使用的熵编码方案，它又是相当有效的。
对既不是用CABAC也不是用CAVLC的语法元素，使用指数哥伦布码(Exponential-Golomb)(Exp-Golomb)熵编码方案，进行编码。
使用一个网络抽像层 (NAL),使得相同的视频语法可以适用于多种网络环境中；并且使用了序列参数集(SPSs)和图像参数集(PPSs)来提供更高的强健性(robustness)和灵活性。
切换条带(Switching slices，包括SP和SI两种)，它使得编码器能够指令解码器跳转到一个正在处理的视频码流，用来解决视频码流码率切换和"窍门模式"(Trick mode)操作。当解码器利用SP/SI条带跳转到一个视频码流中间时，除非之后的解码帧引用切换帧之前的图像作为参考帧，它都可以得到完全一致的解码重建图像。
灵活的宏块排列模式(FMO for Flexible macroblock ordering,也被称为条带组slice groups技术)和任意条带排列(ASO for arbitrary slice ordering)模式，用来更改图像编码的最基本单位-宏块的编码顺序。它能够用来提高有绕信道下码流的鲁棒性(robustness)以及一些其它的目的。
数据分区(DP for Data partitioning),能够将重要程度不同的语法元素分开打包传输，并使用非平等数据保护(UEP for unequal error protection)等技术来改善视频码流对抗信道误码/丢包的鲁棒性(Robustness).
冗余条带(RS for Redundant Slices)，同样是一个提高码流鲁棒性的技术。编码器利用该技术可以发送图像某区域(或者全部)的另一个编码表示(通常是较低分辨率的编码码流)使得当主表示发生错误或者丢失的时候能够用冗余的第二个编码表示来解码。
使用了一个自动的字节码流打包方法，避免了码流中出现与开始码重复的码字。开始码是码流中用于随机访问和重建同步的码字。
补充增强信息(SEI for Supplemental Enhancement Information)和视频可用信息(VUI for Video Usability Information)增加了向视频码流中加入信息的办法，为各种应用提供了用途。
辅助图层(Auxiliary pictures), 可以用来实现某些特殊的功能，例如alpha复合(alpha compositing)。
帧编号，使用该功能支持创建一个视频序列的子序列,可用来支持实现时域的可伸缩性，还支持对丢失的整帧图像进行检测和隐藏(丢失可能是由于网络丢包或者信道误码造成的)。
图像顺序计数，使用该功能使得各帧图像的顺序和解码图像的像素值与时间信息无关，即使用一个单独的系统对时间信息进行传输、控制、更改，从而不影响解码图像的像素值。
上述这些技术，与其它技术的结合，使得H.264比起以前的视频编解码能够带来性能上显著的提高，并在各种不同的环境下达成更广泛的应用。H.264在压缩性能上比起MPEG-2有很大的提高，在相同的图像质量下可以，码率可以减少到一半或者更少。

和MPEG的其它视频标准一样，H.264/AVC也提供了一个参考软件，并可以免费下载。它的主要目的是提供一个演示H.264/AVC各种功能的演示平台，而不是作为一个直接的应用平台(在后面的链接部分可以找到下载的地址)。目前在MPEG也同时在进行一些硬件参考设计的实现。

来源：维基百科

[ 本帖最后由 gzqldz 于 2010-3-7 12:27 编辑 ]