盘点视频压缩技术

五、MPEG4与MPEG1,2的区别

MPEG1、2的文件扩展名为mpg或mpeg！而MPEG4则是avi，微软最新的asf格式也采用了MPEG4压缩技术. 关于画质，MPEG 2要优于MPEG4但体积巨大，MPEG4的画质与体积较为平衡，是一种折中方案,MPEG4支持流媒体播放.

六、视频压缩技术应用环境和压缩比例参考：

MPEG1、MPEG2、MPEG4标准比较

MPEG1的标准制定于1992年左右，它是将视频数据压缩成1-2MB/S的标准数据流，对于动作不激烈的视频信号能获得较好的图像质量。但如果图像对象动作激烈时，图像有可能产生马赛克现象，此种标准没有定义用于额外数据流进行编码的格式，它主要用于家用VCD，并且它需要的存储空间较大，以下举例说明：

如果用清晰度为352x288的彩色画面，采用25帧/每秒，压缩比为50:1时，实际录像一小时，经测算得知需存储空间为600MB左右，若实现8路监控每天录像10个小时，每月30天的话，则需硬盘空间为1440GB，这很难让人接受。

MPEG2制定于1994年，它的出现是为了进一步争取更高的分辨率(720x480)，提供广播级视频和CD级的音效，它是非常高质的影音编码系统。传输速率在3-10Mbit/S之间，并可支持隔行扫描视频格式和其他先进功能，可应用于各种速率和各种分辨率的场合。但最大的缺点还是数据量过大。

MPEG4制定于1998年，视频质量及分辨率很高，而数据速率相对较低。主要原因在于：采用ACE技术，它是一套首次针对应用于MPEG4的编码运算规则。与ACE有关的目标定向可以启用很低的数据率。与MPEG2相比，可节约存储空间。还可以在声视频流中广泛的升级。当视频在5Kb/S-10Mb/S之间变化时，声频可以在2Kb/S-24Kb/S 之间进行处理。

在这里要特别强调的是MPEG4标准是针对对象的压缩方式，不同于MPEG1, MPEG2简单地将图像分成一些像块，而是根据图像内容，将其中的对象（物品、人物、背景）分离出来，并分别进行帧内、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。

MPEG4的面向对象的压缩方式也使图像探测功能和准确性更加充分体现，由于图像探测功能使硬盘录像机系统具有较之以往更优秀的视频移动报警功能。

MPEG4是一种崭新的低码率、高压缩比的视频编码标准，传输速率为4.8-64kbit/S，使用时占用

的存储空间比较小，例如：对于清晰度352x288的彩色画面，其每帧占用空间为1.3KB时，选25帧/每秒，则一小时需120KB，每天10小时、每月30天，则每路每月需36GB、两路需72GB、四路需144GB若是8路则需288GB，这显然是可以为用户所接受的。

h.264使图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，能够在较低带宽上提供高质量的图像传输，这正好适应了目前国内运营商接入网带宽还非常有限的状况。在不久前中国电信举行的IPTV解决方案测试中，已经把能否支持端到端的h.264编解码作为考察的一项重点。在此次IPTV测试中，h.264解决方案表现最为优异，在211条的功能性测试中，总体通过率名列前茅。参加此次测试的一位中国电信上海研究院研究员由此表示，从目前来看，h.264是最佳的选择，全球很多IPTV业务运营商和视频压缩方案解决商都将h.264作为编解码格式的标准。

MPEG组织于1994年推出MPEG-2压缩标准，以实现视/音频服务与应用互操作的可能性。MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特～100兆比特，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图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。

MPEG-2的编码图像被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧。

I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性。P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。

MPEG-2的编码码流分为六个层次。为更好地表示编码数据，MPEG-2用句法规定了一个层次性结构。它分为六层，自上到下分别是：图像序列层、图像组(GOP)、图像、宏块条、宏块、块。

MPEG-2标准在广播电视领域中的主要应用如下：

（1）视音频资料的保存

一直以来，电视节目、音像资料等都是用磁带保存的。这种方式有很多弊端：易损，占地大，成本高，难于重新使用。更重要的是难以长期保存，难以查找、难以共享。随着计算机技术和视频压缩技术的发展，高速宽带计算机网络以及大容量数据存储系统给电视台节目的网络化存储、查询、共享、交流提供了可能。

采用MPEG-2压缩编码的DVD视盘，给资料保存带来了新的希望。电视节目、音像资料等可通过MPEG-2编码系统编码，保存到低成本的CD-R光盘或高容量的可擦写DVD-RAM上，也可利用DVD编著软件(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)制作成标准的DVD视盘，既可节约开支，也可节省存放空间。

（2）电视节目的非线性编辑系统及其网络

在非线性编辑系统中，节目素材是以数字压缩方式存储、制作和播出的, 视频压缩技术是非线性编辑系统的技术基础。目前主要有M-JPEG和MPEG-2两种数字压缩格式。

M-JPEG技术即运动静止图像（或逐帧）压缩技术，可进行精确到帧的编辑，但压缩效率不高。

MPEG-2采用帧间压缩的方式，只需进行I帧的帧内压缩处理，B帧和P帧通过侦测获得，因此 ，传输和运算的数据大多由帧之间的时间相关性得到，相对来说，数据量小，可以实现较高的压缩比。随着逐帧编辑问题的解决，MPEG-2将广泛应用于非线性编辑系统，并大大地降低编辑成本，同时MPEG-2的解压缩是标准的,不同厂家设计的压缩器件压缩的数据可由其他厂家设计解压缩器来解压缩,这一点保证了各厂家的设备之间能完全兼容。

由于采用MPEG-2 IBP视频压缩技术，数据量成倍减少，降低了存储成本，提高了数据传输速度，减少了对计算机总线和网络带宽的压力，可采用纯以太网组建非线性编辑网络系统已成为可能，而在目前以太网是最为成熟的网络，系统管理比较完善，价格也比较低廉。

基于MPEG-2的非线性编辑系统及非线性编辑网络将成为未来的发展方向。

（3）卫星传输

MPEG-2已经通过ISO认可，并在广播领域获得广泛的应用，如数字卫星视频广播(DVB-S)、DVD视盘和视频会议等。目前，全球有数以千万计的DVB-S用户，DVB-S信号采用MPEG-2压缩格式编码，通过卫星或微波进行传输，在用户端经MPEG-2卫星接收解码器解码，以供用户观看。此外，采用MPEG-2压缩编码技术，还可以进行远程电视新闻或节目的传输和交流。

（4）电视节目的播出

在整个电视技术中播出是一个承上启下的环节，对播出系统进行数字化改造是非常必要的，其中最关键一步就是构建硬盘播出系统。MPEG-2硬盘自动播出系统因编播简便、储存容量大、视频指标高等优点，而为人们所青睐。但以往MPEG-2播出设备因非常昂贵，而只有少量使用。随着MPEG-2技术的发展和相关产品成本的下降，MPEG-2硬盘自动系统播出可望得到普及。