國際視頻編解碼技術標準發展歷程

　　當前視頻的應用涵蓋了各個領域，包括ICT、互聯網、移動互聯網、廣電、安防等。制定視頻編解碼標準的國際組織主要有兩個：ITU-T和ISO/IEC。ITU-T推薦委員會制定的大多數標準都是為實時視頻通信應用的，例如H.261、H.262、H.263和H.264;ISO/IEC的MPEG標準大多是為視頻存儲、廣播視頻和視頻流應用而制定的標準，包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等。兩個標準化委員會組織在獨立地致力于不同的標準的制定的同時，聯合發展了H.262/MPEG-2和H.264/AVC。

　　MPEG全稱是Moving Pictures Experts Group，它是“動態圖象專家組”的英文縮寫，該專家組成立于1988年，致力于運動圖像及其伴音的壓縮編碼標準化工作。

　　MPEG-1

　　MPEG-1是MPEG組織制定的第一個視頻和音頻有損壓縮標準。視頻壓縮算法于1990年定義完成。1992年底，MPEG-1正式被批準成為國際標準。MPEG-1標準用于數字存儲體上動態圖像及音頻的存儲與檢索，其數碼率為1.5Mb/s。MPEG-1是為CD光碟介質定制的的視頻和音頻壓縮格式。

　　MPEG-2

　　MPEG-2制定于1994年，設計目標是高級工業標準的圖象質量以及更高的傳輸率， MPEG-2專門針對數字電視而開發。MPEG-2所能提供的傳輸率在3-10Mbps間, 其在NTSC制式下的分辨率可達720×486，MPEG-2也可提供并能夠提供廣播級的視像和CD級的音質。目前MPEG2標準則用于廣播電視和DVD等。

　　MPEG-4

　　與MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特點是其更適于交互AV服務以及遠程監控。MPEG-4的制定初衷主要針對視頻會議、可視電話超低比特率壓縮(小于64Kb/s)的需求。MPEG-4與MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具體壓縮算法，它是針對數字電視、交互式圖像應用、交互式多媒體等整合及壓縮技術的需求而制定的國際標準。MPEG -4標準將眾多的多媒體應用集成于一個完整的框架內，旨在為多媒體通信及應用環境提供標準的算法及工具，從而建立起一種能被多媒體傳輸、存儲、檢索等應用領域普遍采用的統一數據格式。

　　H.261

　　H.261是ITU-T 編制的第一個主流視頻壓縮標準。它主要針對視頻會議應用，是為支持 40kpbs～2Mbps 的 ISDN 網絡而設計的，主要針對實時編碼和解碼設計，壓縮和解壓縮的信號延時不超過150ms，碼率px64kbps(p=1~30)。H.261 支持 352×288 (CIF) 及 176×144 (QCIF) 分辨率。

　　H.263

　　H.263是ITU-T制定的甚低碼率的圖像編碼國際標準，它一方面以H.261為基礎，以混合編碼為核心，其基本原理框圖和H.261十分相似，原始數據和碼流組織也相似;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，使它性能優于H.261。

　　H264/AVC

　　作為第三代視頻壓縮技術，H264集中了以往標準的優點，并吸收了以往標準制定中積累的經驗，H.264/AVC 在壓縮效率方面取得了巨大突破，和H.263和MPEG-4 相比可節省50%的碼率，降低傳輸帶寬和存儲容量。而且H.264創造性的采用了多參考幀、多塊類型、整數變換、幀內預測等新的壓縮技術，使用了更精細的分象素運動矢量(1/4、1/8)和新一代的環路濾波器，使得壓縮性能大大提高，系統更加完善。

　　H.265

　　H.265旨在在有限帶寬下傳輸更高質量的網絡視頻，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質量的視頻。H.265標準也同時支持4K (4096×2160) 和8K (8192×4320) 超高清視頻。除了在編解碼效率上的提升外，在對網絡的適應性方面H.265也有顯著提升，可很好運行在互聯網、移動互聯網等網絡環境。

　　H.265是ITU-T繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標準。H.265標準圍繞著現有的H.264，保留原來的某些技術，同時對一些相關的技術加以改進。新技術使用先進的技術用以改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系，達到最優化設置。

　　我國視頻編解碼技術標準發展歷程

　　AVS

　　AVS是我國具備自主知識產權的第二代信源編碼標準，是我國數字音視頻編解碼技術標準工作組制定《信息技術 先進音視頻編碼》系列標準的簡稱，其包括系統、視頻、音頻、數字版權管理等四個主要技術標準和符合性測試等支撐標準。AVS編碼效率比MPEG-2高2、3倍，與H.264相當，而且技術方案簡潔，硬件實現復雜度低，達到了第二代標準的最高水平。AVS的主要創新在于提出了一批具體的優化技術，在較低的復雜度下實現了與國際標準相當的技術性能，有效地避開了用國際標準背后的大量復雜專利。AVS采用混合編碼框架，包括變換、量化、嫡編碼、幀內預測、幀間預測、環路濾波等技術模塊，這是主流的技術路線。

　　SVAC

　　《安全防范監控數字視音頻編解碼技術標準》(簡稱SVAC，Surveillance Video and Audio Coding)。SVAC標準是第一個旨在解決安全防范監控行業獨特要求的技術標準，并具備以下的特性。

　　高安全性：SVAC標準規定了加密和認證接口及數據格式，保證數據的安全性、完整性、非否認性。密碼不是編到視頻信息里，提取時需要輸入認證數據，既保證格式的統一，便于互聯互通，也保留足夠的擴展靈活性。

　　感興趣 (ROI) 區域編碼：圖像分為若干個ROI (感興趣) 區域和一個背景區域，對ROI區域采用低壓縮比，對非ROI區域采用高壓縮比，降低帶寬。

　　可伸縮性視頻解碼(SVC)：對視頻數據分層編碼，滿足不同傳輸網絡寬帶和數據存儲的需求，普通編碼傳輸有主碼流、子碼流，而且主、子碼流分別傳輸，占用帶寬較大，SVAC傳輸只有一類碼流，對碼流分層就可獲得不同分辨率的圖片信息。

　　視頻編解碼技術在安防行業的應用

　　安防行業的主流視頻編解碼技術有如下幾種：

　　MJPEG

　　MJPEG全名為"Motion Joint Photo graphic Experts Group"，是一種視頻編碼格式，中文名稱翻譯為“技術即運動靜止圖像(或逐幀)壓縮技術”。MJPEG廣泛應用于非線性編輯領域可精確到幀編輯和多層圖像處理，把運動的視頻序列作為連續的靜止圖像來處理，這種壓縮方式單獨完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機存儲每一幀，可進行精確到幀的編輯，此外M-JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的，可由相同的硬件和軟件實現。但M-JPEG只對幀內的空間冗余進行壓縮。不對幀間的時間冗余進行壓縮，故壓縮效率不高。

　　早期安防行業采用過MJPEG編解碼技術。

　　MPEG-4

　　在早期安防行業對視頻分辨率要求不高的情況下，MPEG-4曾經得到廣泛的應用。

　　H.264

　　目前安防行業普遍采用的是H.264，H.264是一種高壓縮編解碼算法，具有速度快、信息損失小、成像質量高、視頻流對帶寬占用率低等特點;其最大的優勢是具有很高的數據壓縮比，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

　　SVAC

　　SVAC作為由中星微電子和公安部第一研究所共同建立的我國安防行業編解碼技術規范，通過政府行政命令已經在廣東、河北、山西等省強制推廣使用，但SVAC標準產品在源代碼和核心芯片的成本比H.264要高。

　　H.265

　　隨著視頻分辨率越來越高，如何通過高壓縮比來降低傳輸帶寬和存儲容量成為行業首要考慮的因素，因此從去年開始越來越多的廠商推出了支持H.265的IPCam，伴隨著H.265產業鏈的更加成熟，H.265會取代H.264成為安防行業最主流的編解碼技術標準。

　　視頻編解碼技術在安防行業的發展趨勢

　　視頻編碼技術的發展趨勢一方面會繼續以混合編碼為框架，研究如何進一步提高壓縮特性;隨著3D應用在安防行業的普及，3D編解碼技術也將是發展方向之一，向可伸縮編碼、多視點編碼、智能、提高壓縮性能等分支方向發展。

　　可伸縮編碼技術(Sca1able Video Coding，SVC)

　　可伸縮編碼技術將視頻編解碼框架轉變為更多考慮網絡適應性和靈活性的編解碼框架。

　　可伸縮視頻編碼因為具有時域、空域和質量等多方面的靈活性，尤其是適合需要實現雙碼流或多碼流的安防行業。在安防行業，基本要求雙碼流，網絡或本地存儲高分辨率、高幀率的大碼流，實時瀏覽采用低分辨率的小碼流;甚至是三碼流，一路高清碼流用于存儲、一路用于有線側實時瀏覽，一路實時流用于手機瀏覽。常規的方案是編碼2次或3次，這樣會大幅增加DSP的計算工作量。而采用SVC技術將只需編碼一次。

　　多視點編碼技術

　　多視點視頻是一種新型的具有立體感知和交互操作功能的視頻技術，它由一組平行、會聚相機陣列拍攝得到視頻信號。2001年，MPEG成立了3DAV工作組，其首要任務就是定義3D音視頻領域的范圍和應用場景，制定多視點編碼技術的標準。

　　隨著3D GIS地圖、多視角的3D立體視頻畫面、基于3D場景的多攝像頭聯動在安防行業的應用，多視點編碼技術將會在安防行業得到越來越多的應用。

　　而在視頻監控類的應用中，多視點視頻編碼技術有助于實現多視角立體監控，多攝像頭聯動等應用。

　　智能化

　　將H.265等編解碼技術與智能視頻分析技術結合，提高編碼壓縮性能并降低碼率，提供基于視頻內容的編碼是未來視頻編解碼技術在安防行業的重要發展方向。

　　智能視頻分析是通過過濾掉圖像中無用的或干擾信息，并自動分析和抽取視頻源中的關鍵的有用信息，通過對視頻畫面的背景和對象，也就是物體特征進行提取，正確識別出不同物體及其運動軌跡規律，它可以明確地區分出人、車或其它物體，然后對對象按照用戶設置的規則進行分析。

　　結合智能視頻分析技術和編碼技術，可以對視頻內的對象進行分類，對各感興趣的區域采用不同的編碼策略，也就是感興趣區域編碼。對需要做智能分析的區域采用

　　能夠根據智能分析的結果對干興趣區域采用低壓縮比以獲取較好的圖像，對如背景燈其他的非感興趣區域采用高壓縮比，節省傳輸帶寬和存儲容量。譬如，當視頻畫面中需要做智能分析的區域沒有運動的人、車等對象時，可以采用高壓縮比;當智能分析算法對運動的人、車對象進行分析時，采用低壓縮比。通過整合視頻編解碼技術和智能視頻分析技術，實現編解碼技術與安防業務結合是將來的發展方向。

　　高壓縮性能

　　隨著分辨率的越來越高，新的視頻編解碼技術應該提升壓縮性能，能夠實現對高分辨率視頻采用高壓縮性能的編解碼技術，實現更低傳輸帶寬、降低存儲容量的需求，大幅的降低投資。

　　結語

　　視頻編解碼技術是不斷的隨著業務的發展而不斷的與時俱進，將來視頻編解碼技術將朝著3D編解碼、更加智能、更高壓縮性能發展。