MPEG的三个标准
MPEG4的背景
MPEG4的三大优点
MPEG4视频编码功能与特点
视频压缩编码的基本概念
数字监控的系统特点
数字监控的功能特点
模拟闭路电视监控与数字化视频监控的比较
数字视频远程监控系统要解决的两大技术
数字监控的应用
MPEG4标准的应用目标
MPEG1, MPEG2, MPEG4标准比较
MPEG1, MPEG2, MPEG4标准比较表
MPEG是运动动态图象专家组（Moving Pictures Experts Group）的英文缩写。这个专家组是由国际标准化组织ISO
(International Standards Organization)与国际电子委员会IEC于1988年联合成立的，致力于运动图像及其伴音编码的标准化工作，其成员均为视频、音频及系统领域的技术专家。MPEG制订过三种版本的运动图像及其伴音的编码标准，即MPEG1、MPEG2和MPEG3。1998年又推出了两种新的图像压缩编码标准，这就是MPEG4和MPEG7。
MPEG4采用国际化的标准，兼容性好，代表压缩的发展趋势。同时，它比其他算法提供更好的压缩比。
MPEG的三个标准 [ 顶部 ]
1、MPEG视频（Video）
MPEG视频是标准的核心。MPEG－1是为了适应在数字存储媒体如CD－ROM上有效地存取视频图像而制定的标准。MPEG－1的的视窗尺寸为CCIR
601定义分辨率的二分之一，可达到30fps或25fps的帧率，它采用多种压缩算法，压缩后的数据率为1.2－3MB/s。
2、MPEG音频（Audio）
MPEG－1标准支持高压缩的音频数据流，其采样率为44、22和11KHz，16位量化。还原后声音质量接近于原来的声音质量。采用MPEG1音频压缩算法可以把单声道位速率降到0.192Mb/s，甚至更低，而声音的质量又无明显的下降。MPEG－1支持两个声道，可设置成单声道（mono）、双声道（dual）、立体声（stereo）等。网络上广泛使用的MP3音频文件，就是利用
MPEG3的音频技术, 实现了1:10 甚至 1:12
的压缩率，而且失真很小。
3、MPEG系统（System）
这部分是有关同步和多路复合技术，用来把数字电视图像和伴音复合成单一的、位速率为1.5Mb/s的数据位流。MPEG的数据位流分成内外两层，外层为系统层，内层为压缩层。系统层提供在一个系统中使用MPEG数据位流所必须的功能，包括定时、复合和分离视频图像和伴音，以及在播放期间图像和伴音的同步。压缩层包含压缩的视频和伴音数据位流。
在多种视频压缩算法中，MPEG是可提供低数据率和高质量的最好算法。VCD采用的是MPEG1的标准，DVD采用的是MPEG2的标准。
MPEG4的背景 [ 顶部 ]
MPEG协会创建于1987年。MPEG是Motion Pictures Expert Group的缩写。这个协会是一个全球性的机构，主要致力于影像压缩的研究。MPEG1，用于VCD内的压缩技术，MPEG2，用于DVD内的压缩技术，以及MP3压缩方法，都是由这个协会创建的。MPEG的压缩方式的优点除了画面质量高，带宽要求低以外，也是在于它是现在数码影像界公认的商业标准。使用MPEG压缩方式的影像数据流可以通过各类的媒体播放器播放。
MPEG专家组继成功定义了MPEG1和MPEG2之后，于1994年开始制定全新的MPEG4标准。MPEG4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，用于实现音视频（audio-visual）数据的有效编码及更为灵活的存取。用MPEG4压缩的影像画面质量近似于DVD的画面质量。适用于数码监控，配上高清晰度的摄影头，可以令捕捉的影像画面质量达到十分清晰的效果。作为MPEG4标准的的核心内容，MPEG4的视频编码部分正受到越来越多的关注，电子工业、广播电视业、电信业、计算机软件业都在紧密注视着它的发展。
MPEG4的三大优点 [ 顶部 ]
1、MPEG4的压缩比高，使低码率的视频传输成为可能。在公用电话线上可以连续传输视频，并能保证图像质量，这是其它技术做不到的。
2、节省存储空间。同等条件如场景、图像格式和压缩分辨率条件下，经过编码处理的图像文件越小，所占用的存储空间越小。由于MPEG4算法较MPEG1、MPEG2更为优化，因而在压缩效率上更高。
3、图像质量好。 MPEG4的最高图像清晰度为768X576，可以达到接近
DVD的画面效果。这使得它的图像高清晰度非常好。MPEG4采用基于对象的识别编码模式，从而保证良好的清晰度。
MPEG4视频编码功能与特点 [ 顶部 ]
基于内容的交互功能
基于对象的多媒体存取工具
基于对象的码率控制和编辑功能(提供编辑视频对象的方法)
基于对象的时域随机存取，自然及合成数据的混合编码，数据压缩编码：视频数据的高效编码，多个并发数据的有效编码。
通用存取功能：易错环境下的鲁棒性
基于内容的伸缩性(表现在时域、空间及重建图像质量上)
MPEG4的视频编码部分为了实现这些丰富多彩的多媒体应用，以算法和工具的形式为下列功能的实现提供了解决方案：
2D和3D网格纹理映射图(用于合成图像编码)的有效压缩；
隐含(implicit)的2D网格的有效压缩；
控制网格运动的节点时变几何数据流的有效压缩；
各种视频对象的有效存取；
对图像和视频序列的扩展操纵；
基于内容的图像和视频编码；
纹理、图像和视频基于内容的伸缩性；
视频序列中时域、空间及质量的伸缩性；
易错环境下的鲁棒性。
MPEG4对合成视频对象的支持同样引人注目：MPEG4可对合成的面部与人体进行参数化描述；对面部与身体活动信息以参数化的数据流进行描述；支持具有纹理映射功能的静态/动态网格编码；支持视点有关应用(View
Dependent Application)中的纹理编码。传统的交互存取方式中，在传统的交互过程中，用户得到的场景是制作人员事先编排好的，用户只能对音视频序列进行简单的回放。
MPEG4提出了基于内容（Content-based）的存取概念，努力使用户根据制作者设计的具体自由度，与场景进行交互。用户不仅可以改变场景的视角，在其中尽情畅游，还可以改变场景中物体的位置、大小和形状，或对该对象进行置换甚至清除。
MPEG4视频编码标准将支持MPEG1、MPEG2中的大多数功能，提供不同视频标准源格式、码率、帧频下矩形图像的有效编码，同时也将支持基于内容的图像编码。
视频压缩编码的基本概念 [ 顶部 ]
1、视频压缩编码
目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。
2、有损和无损压缩
在视频压缩中有损（Lossy ）和无损（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。
3、帧内和帧间压缩
帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatial compression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。
4、对称和不对称编码
对称性（symmetric）是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，对称算法适合于实时压缩和传送视频。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间，而解压缩时则能较好地实时回放，也即以不同的速度进行压缩和解压缩。目前有多种视频压缩编码方法，但其中最有代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格式。
数字监控的系统特点 [ 顶部 ]
1、 每路图像实时显示达到25帧～30帧/秒，每路图像录像回放帧数根据用户需要达到25帧/秒（银行）、3--15帧/秒（小区），
具有快进，快退，单帧进，单帧图像存储、打印功能，以检测每秒帧数的真实性。
2、
具有云台手动和自动控制功能，监视、控制、录像、录像回放、备份、检索等多功能能同时工作。
3、 具有备份接口和日志功能
，支持多种存储设备，并在系统界面上具有直接选定部份重要图像或报警图像的备份功能；同时可备份检索；以便转录案件和即时取证。
4、
具有良好的中文人机界面，操作和历史资料检索方便，图像上可迭加不同的字符，具有录像硬盘使用与剩余容量显示。
5、
系统软件可设置多级的安全口令、不同用户的权限设定，并可随时锁定，防止非法操作。
6、具有移动侦测和报警输入输出功能，当报警发生时自动进行报警前后的录相。
7、全面支持PSTN、ISDN、ADSL、LAN、WAN等远程传输方式及控制。
8、 图像压缩方面采用MPEG1和MPEG4技术，由硬件（视讯专用DSP和高速CPU）和软件（高级视讯研发人员智慧）超级组合构成，从而大大释放了主板CPU的负荷，对主板CPU没有过高要求，大幅度降底了硬盘占用空间和远程传输占用带宽，实现了多点对多点的高清晰度、高压缩率、高可靠性、高适应性的实时监视和控制
。
数字监控的功能特点 [ 顶部 ]
1、4～16路视频同时显示每路每秒25帧。
2、多种分割画面显示方式，时间、地点、事件等多种搜索方式。
3、具备智能移动侦测功能，监视、录像、回放、备份、传输可同时进行。
4、可接报警探头，连接先路达矩阵解码器，可控制云台、镜头、灯光。
5、全面支持PSTN、ISDN、LAN等远程传输方式及控制。
6、支持模拟视频信号输入，VGA及RCA视频输出各一个。
7、超高压缩比，可备份至软盘、ZIP、ORB等各种储存设备。
8、海量硬盘设计（150G以上），绝对保证长时间录像及系统稳定性。
9、即将推出独有的网络软件，支持无限制级联，组成大型网络系统。
模拟闭路电视监控与数字化视频监控的比较 [ 顶部 ]
传统的模拟闭路电视监控系统的局限性：
首先，有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离大于1000米时，信号容易产生衰耗、
畸变、群延时，并且易受干扰，使图像质量下降；其次，有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使到布线工程量极大；
最后，有线模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，查询取证时十分烦琐。
而数字化视频监控的优点正好克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据，
基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；其次，数字视频可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；
另外，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。
数字视频远程监控系统要解决的两大技术 [ 顶部 ]
1、视频数据的压缩和解压缩，视频图像的信息量是巨大的
例如，1幅640*480中分辨度的彩色图像(24bit／像素)，其数据量为0.92MB，
如果以每秒30帧的速度播放，则视频信号的数码率高达27．6Mbps。显然，视频压缩技术数字化是压缩技术的关键。目前，适用于远程视频监控的图像压缩标准有
H．261，MPEG1。 H．261标准简称p*64，由国际电报电话咨询委员会(CCITT)的一个专家组在1990年12月制定，MPEG1则在1992年成为标准。
两者的核心技术都是离散余弦
变换及运动补偿算法，它的主要思想是通过减少每帧图像间时间上和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。
H.261适合在64-384Kbps的低带宽下传输实时视频图像、但图像质量不理想；MPEGl在800KbPs-2Mbps的传输速率下图像清晰度能达到较好的图像效果。
用户可根据不同的场合和需求选用不同的压缩标准。
2、视频数据的实时传输技术。
数字视频远程监控系统的数据通信有以下特点：
实时性：视频数据属于实时数据必须实时处理，例如，实时压缩、解压缩、传输、同步。
分布性：现场图像采集和发送主机和图像接收显示主机位于不同地点，
通过计算机局域网或广域网连接。
同步性：尽管视频信息具有分布性，但在用户终端显示时必须保持同步，另外，声音与视频也必须保持同步。
数字监控的应用 [ 顶部 ]
在监控领域中、数字化和网络化是一种趋势，可厂泛应用在电信、电力、交通、银行、水利、智能大厦等领域。在电信局无人值守机房、
电力无人值守变电站、水文站、银行营业所等场所，通常具有以下特点：有重大经济价值，安全防范要求高，在地理位置上分布较厂或位置较偏僻。
利用数字视频远程监控技术可在本系统内建立监控调度中心、对远端现场的图像声音及其他敏感数据进行实时监控以便对敏感事件进行快速反应。具
体实现的方式是：利用各种数据通信网络如： DDN、ISDN、El、xDSL，把经过数字化压缩、编码的视频、音频、报警感应数据传输置监控中心，中心的计算机对各种数据进行解压缩、解编码同时回放
视频、音频，对报警事件进行告警处理。
MPEG4标准的应用目标 [ 顶部 ]
1、解决低比特率下的多媒体通信等问题；
2、试图建立一种标准，具有广泛的兼容性，能够在多行业得以广泛应用；
3、
是一种面向未来的标准，考虑将来技术发展，如人与内容的交互MPEG4的应用目标是针对窄带宽传输、高画质压缩、交互性操作以及将自然物体与人造物体相溶合的表达方式，同时还特别强调广泛的适应性和可扩展性。
MPEG1, MPEG2, MPEG4标准比较 [ 顶部 ]
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。
MPEG1, MPEG2, MPEG4标准比较表 [ 顶部 ]
MPEG1 MPEG2 MPEG4
标准创建时间 1992 1995 1999
最高图像分辨率 352 x 288 1920 x 1152 720 x 576
>普通PAL制式分辨率 352 x 288 720 x 576 720 x 576
普通NTSC制式分辨率 352 x 288 640 x 480 640 x 480
最佳声音频率 48 kHz 96 kHz 96 kHz
最多声音通道 2路 8路 8路
>最高数据流量 3 Mbp 80 Mbps 5 to 10 Mbps
一般数据流量 1380 kbps (352 x 288) 6500 kbps (720 x 576) 880 kbps (720 x
576)
帧每秒（PAL) 25 25 25
帧每秒（NTSC） 30 30 30
图像质量 一般 非常好 非常好
编码硬件要求 低 高 非常高
解码硬件要求 非常低 中等 高
(DVOL本文转自：中国DV传媒 http://www.dvol.cn)
