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视频编码参数的功能和相互作用(2)

时间:2009-06-17 来源:中国集群通信网 作者:张天天 点击: 次

    在建设视频监控系统时,用户最为关心的效果之一就是回放效果。回放效果与很多环节有关,例如摄像机的采集效果(线数、信噪比等)、传输效果(传输线路质量、干扰程度)、编码质量(码率大小、分辨率大小等)、显示设备的显示效果(显示分辨率、显示质量等)。回放效果是一个广义的概念,它与图像的清晰度、流畅性、连贯性有关,有时甚至与实时性有关。在这里,只讨论编码质量对回放效果的影响。

    从视频编码的角度出发,回放效果好的标准要符合两个条件:首先是图像所包含的信息量要充分,就是说要确保用户尽可能多地获取现场的信息;其次是尽可能确保画面中的细节清晰。

    在上文介绍的六个参数中,与回放效果直接相关的参数有三个——分辨率、码率、帧率。分辨率和帧率主要是确保图像信息量充分,码率则主要是确保画面细节清晰。它们之间的关系可以用一个代数式来表示,假设:回放效果=P,分辨率=x,码率=y,帧率=z,那么有下面的关系式: P= f(x ,y ,z) 

    首先看分辨率。从通常的认识来说,分辨率越高,图像质量越好,分辨率越低,图像质量越差。但如果抛开了码率来谈的话,上述观点是站不住脚的。实际上为了获得好的回放质量,除了提高分辨率以外,更重要的还要同时提高编码码率,否则效果可能适得其反。

    其次看码率。一般而言,码率越高,图像质量相对越好,码率越低,图像质量相对越差,但这个说法也只在一定范围内成立。所谓的范围,就是图1中所标示的码率范围,因为图像质量的提升并不与码率的提升成线性关系。

    最后看帧率。事实上,帧率对图像质量并不起直接的作用,帧率的高低只是影响图像的连贯性。在某些场合下,图像的连贯性也会被作为回放效果的评测标准之一(注意回放效果与图像质量的区别)。 但在某些特殊情况下,通过调整帧率,也能在有限的码率下获得好的图像质量。例如在ADSL线路上传输图像,上行带宽只有512Kbps,但要传输4路CIF分辨率的图像。按照常规,CIF分辨率建议码率是512Kbps,那么照此计算就只能传一路,降低码率势必会影响图像质量。那么为了确保图像质量,就必须降低帧率,这样一来,即便降低码率也不会影响图像质量,但在图像的连贯性上会有影响。
最后,本文讨论一个经常被提起的问题——码流是如何产生的呢?

    这就要从数字视频监控的最基础概念说起。众所周知目前的录像和存储技术是基于数字技术发展起来的。但视频图像是属于模拟技术的领域,那么数字视频监控就是解决从模拟信号到数字信号转换、存储和传输的技术。

    模拟图像信号要经过模数转换的过程才能形成数字信号,这个过程称之为“A/D转换”,或称之为“采集”过程。经过采集,模拟信号已经“变成”数字信号了,是不是就可以直接进行存储和传输了?答案是否定的,因为这个时候的数字信息容量特别巨大,例如,以CIF分辨率,25帧/秒进行采集,1个小时的数据量就达到25.5GB。也就是说,一块1TB容量的硬盘只能录制不到两天的录像,这样的成本是谁也承受不起的,因此需要对A/D转换后的数据进行压缩。

    所谓压缩就是采用特定的算法,将一种数据类型转换为另一种形态,转换后的数据量要小于转换前的数据量。视频压缩就是采用某种视频压缩标准(例如H.264、MPEG4等)将采集得到的原始图像数据流进行压缩,得到最终所需要的产品——录像数据。

    压缩算法有个特点——它是可逆的。如果对压缩算法进行逆运算,可以还原出它压缩前的状态,这个过程在视频编码技术中称之为“解压缩”或“解码”。所看到的录像回放就是解压缩的结果,这个过程类似于在电脑中对某个文件进行压缩,然后又解压缩还原。如图2、图3所示:

    但与电脑中对文件进行压缩的过程不同,视频解压缩的过程并不能100%还原出图像的原始状态,只是尽可能完整地还原出原始图像。还原越完整,说明采集和编码过程中丢失的信息越少,看到的图像质量就越好,所需要的数据量就越大。解码还原越不完整,说明采集和编码过程中所丢弃的信息越多,看到的图像质量就越差,但是所需要的数据量就越少。
这个过程就体现在录像码率的设置上。当设置的录像码率越高,说明压缩编码的过程中保留的信息越多;录像码率越低,说明压缩编码的过程中丢弃的信息越多,这是一个量化控制的过程。 (作者:广东省从化市公安局 郭军)


(中国集群通信网 | 责任编辑:陈晓亮)

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