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数字视频编码解码标准MPEG-1、H.261和H.263
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数 字 视 频 编 码 解 码 标 准 M P E G - H.261 和 H.263


MPEG1--

  在1988年,国际标准化组织(ISO)成立了运动图象专家组(MPEG),它负责运动图象及其伴音的编码标准的制定,并于1990年制定出草案,1991年成为国际标准,编号为ISO11172(俗称为MPEG-1标准)。该标准由系统(ISO11172-1)、视频(ISO11172-2)、音频(ISO11172-3)、以及一致性检测(ISO11172-4)四部分组成。
MPEG-1是基于一般低端应用的视频、音频的编解码标准,它主要针对352像素X288行(CIF格式)分辨率和每秒30帧的图象质量,将视频信号和相应的伴音在可以接受的质量要求下编码成1.5Mbps的数据流。它采用离散余弦变换法在20倍的压缩比下可以保持相当高的静止图象质量。加上运动估值与运动补偿等,所形成的活动图象编码技术,在120倍的压缩比下,又数据流恢复的图象质量仍很高。
  在典型的MPEG-1格式中,主要存在三种图象帧,既I帧、P帧与B帧,I帧是指帧内编码,它没有参考其他帧的图象,所以该帧一旦被破坏或丢失,将很难恢复图象;P帧是指前向预测编码帧,它使用了以前的I帧或P帧的运动补偿;B帧是指双向预测编码帧,它使用了以前和以后的I帧或P帧的运动补偿。在整个MPEG-1数据流中,I帧的数据至关重要,一旦被破坏或丢失,不仅影响本帧图象无法恢复,而且还将影响以后一系列的P帧与B帧图象的正确恢复。而P帧与B帧的数据相对次要一些,即使B帧的图象数据全部丢失,只要I帧的数据完整,对恢复后的图象质量也影响很小。在整个数据流中,B帧的数据量约占全部数据量的1/3左右。了解这一点,对传输的控制很有意义。在传输带宽不足的情况下,可以优先丢弃B帧,然后是P帧,而I帧的数据要尽量保持完整。
MPEG-1编码标准保证了在1.5Mbps的速率下达到格式和每秒30帧的图象质量,感官上,图象较细腻而且很流畅。这对大多数图象监控系统是一个完全可以接受的标准。

H.261图象编解码标准--

  另一种为网络视频所制定的编码标准是H.261,她是一个CCITT标准,1990年CCITT第15研究组制定了针对PX64K bps的编码协议,即H.261,它的设计初衷与MPEG-1一样,是在完整的图象信息之间插入有预测的更新信息。两者之间的主要区别在于:并不周期性地传递整个I帧,而是传递屏幕区域的更新信息,这些区域更新信息之间插补有预测的更新信息,以使屏幕所有的区域都有规律地更新。H.261编码的最大好处在于大幅度地减低了数据流的瞬时变化,在带宽有保障的信道上传输是一种理想的方案。
H.261可使数据速率压缩至PX64Kbps(P=1-20),一般在32-384Kbps时图象可达CIF、QCIF15f/s的图象质量。
H.261与MPEG-1相比,编码后的数据流速率更低,总体上图象质量略逊于MPEG-1,它适合在网或网上传输运动的图象。

H.263图象编解码标准--

  在1995年又提出了更低比特率的视频编码方案--H.263,该建议基于H.261,但考虑到更低比特率的特点,增加了四个通用的编码选项。将图象数据最低编码到20 Kbps,通过电话线以28.8 Kbps的调制解调器传输,图象质量达到176X144或128X96分辨率下5-15帧/秒的水平。
H.263非常适合在固定带宽的信道中传输视频信号,但在LAN环境中由于带宽不稳定,很容易发生阻塞致使图象不连续,为避免这种情况需要采取相应的带宽控制措施或数据传输方案。在H.263建议中规定了五种大小不同的帧,可以通过动态地设置格式来适应不同的信道。

三种编码方式的比较:

  MPEG-1、H.261、H.263三种编码方式都是针对低成本应用的编码方案,采用去除时域冗余和空域冗余的方法,尽可能的降低码流速率,在低带宽的信道上,实现运动图象的传输。MPEG-1编码方式实现在400 Kbps-2000 Kbps速率上传输CIF格式、每秒5-30帧的活动图象,在三种编码方式中图象质量最高;H.261编码方式采用了区域更新的方法,进一步降低了码速率,实现了在128-768 Kbps的速率上传输CIF或QCIF格式、每秒5-25帧的活动图象,它比MPEG-1编码方式的数据速率明显降低,图象质量略逊与MPEG-1;H.263编码方式是三种编码方式中数据流速率最低的一种,它在H.261的基础上,增加了四种编码选项,将码流速率降到了128 Kbps以下,在9.6-128 Kbps的速率上,传输CIF或QCIF格式、每秒1-15帧的活动图象,特别适合在电话线上传输质量要求不高的活动图象。




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