解析IP视频通信中的视频压缩技术

　　数字视频产品需求近些年出现猛增。主流应用包括视频通信、安全监控与工业自动化，而热门的要算娱乐应用，如 DVD、HDTV、卫星电视、高清 （HD） 机顶盒、因特网视频流、数码相机与 HD 摄像机、视频光盘库 （video jukebox）、高端显示器（LCD、等离子显示器、DLP）以及个人摄像机等。众多精彩的新应用目前也处于设计或前期部署中，例如针对家庭与手持设备及地面/卫星标准（DVB-T、DVB-H、DMB）的高清 DVD（蓝光/HD-DVD）和数字视频广播、高清视频电话、数码相机以及 IP 机顶盒。由于手持终端计算能力的提高以及电池技术与高速无线连接的发展，终产品的移动性与集成性也在不断提高。

　　视频压缩是所有令人振奋的、新型视频产品的重要动力。压缩-解压（编解码）算法可以实现数字视频的存储与传输。典型的编解码器要么采用行业标准，如 MPEG2、MPEG4、H.264/AVC 与 AVS,要么采用专有算法，如 On2、Real Video、Nancy与Windows Media Video （WMV） 等。WMV 是个例外--它初是微软公司的专有算法，而现在则以 VC-1 的新名称在业界实现了标准化。编解码技术在过去十年中不断改进。的编解码技术（H.264/AVC 与 VC-1）代表着第三代视频压缩技术。这两种编解码技术利用如可编程 DSP 与ASIC 等低成本 IC 的处理能力，都能够达到极高的压缩比。不过，为具体应用选择正确的编解码器并优化其实时处理仍然是一项巨大的挑战。的设计必须权衡压缩效率及可用的计算能力。

　　在IP视频通信应用中，编码方法的选择不但要考虑到压缩比、信噪比，还要考虑到算法的复杂性。太复杂的编码算法可能会产生较高的压缩比，但也会带来较大的计算开销，软件实现时会影响通信的实时性。目前，在众多视频编码算法中，影响并被广泛应用的算法是MPEG和H.26x.

　　MPEG编码

　　MPEG是国际标准化组织ISO/IEC下的一个制定动态视频压缩编码标准的组织，它为视频压缩编码技术的标准化、实用化做出了巨大贡献。如针对CD-ROM的1.5Mbps传输率的MPEG-1、针对HDTV的6Mbps以上传输速率的MPEG-2都已成功地得到应用，并创造了巨大的商业价值。MPEG-4是针对视频会议、可视电话的甚低速率编码标准，它融入了基于内容的检索与编码，可对压缩数据内容直接访问；即将于2001年制定完毕的MPEG-7标准被称为"多媒体内容描述接口",这种标准化的描述可以加到任何类型的媒体信息上。不管视频信息的表达形式或压缩形式如何，具有这种标准化描述的多媒体数据均可被检索。因此，MPEG-7的应用领域主要是数字化图书馆和广播式媒体。

　　H.263编码

　　H.261编码是一种帧间预测减少时域冗余、变换编码减少空域冗余的混合编码方法，具有压缩比高、算法复杂度低等优点，得到较为广泛的应用。Mbone的重要应用工具之一IVS的视频编码采用的就是H.261编码算法。在H.261的基础上，1996年ITU-T推出了H.263编码标准。H.263在许多方面对H.261进行了改进和扩充，如在编码算法复杂度增加很少的基础上，H.263能提供更好的图像质量、更低的速率，十分适合于IP视频会议、可视电话应用。目前，H.263编码是IP视频通信采用多的一种编码方法，并已被许多多媒体通信终端标准所吸收， 如：ITU-TH.310（B-ISDN）、H.320（ISDN）、H.324（PSTN）、H.323（LAN、 WAN、Internet）。

　　随着计算机性能的快速提高，对于可视电话和视频会议等应用（一般使用QCIF图像），纯软件编码器（codec）即可以满足应用要求。我们实现的H.263纯软件编码器在主频为166MHz的主机上编码帧率可达60帧/秒以上，平均图像质量（用信噪比表示）大于38dB.

　　1998年ITU-T推出的H.263+是H.263建议的第二版，它提供了12个新的可协商模式和其他特征，进一步提高了压缩编码性能。如H.263只有5种视频源格式，H.263+允许使用更多的源格式，图像形状和时钟频率也有多种选择，拓宽了应用范围；另一重要的改进是可扩展性，它允许多显示率、多速率及多分辨率，增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络环境下的传输。另外，H.263+的图像分段依赖性也可以是受限的，以减少差错传播。H.263+对H.263中的不受限运动矢量模式进行了改进，加上12个新增的可选模式，不仅提高了编码性能，而且增强了应用的灵活性。