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医院对讲呼叫品牌系统厂家 安防视频监控系统图像压缩的国际标准

2023-10-21 10:55

目前,图像压缩标准化工作主要由国际标准化组织(ISO)和国际电联(ITU-T)在努力推进。此外还有一些大的计算机及通信设备公司也在进行这一方面的工作,以使不同制造厂家的设备可以互相兼容。

随着计算机和网络技术的进展,通信数字化、综合化的进展,为了使数字图像信息的交流畅通无阻,不少相当接近的数字图像编码国际标准或方案已陆续制定出来了。如对于静止二值图像,ISO有JBIG压缩编码标准,ITU-T有对应的T.82标准;对静止彩色图像,ISO有JPEG标准,ITU-T有对应的T.81标准;对于不同速率的彩色视频图像,ITU-T有H.261标准,ISO有MPEG-1和MPEG-2标准;对于用于多媒体通信的极低码率的图像压缩,1TU-T有H.263标准(<28.8kbps)和最新推出的H.264标准,ISO则制定有相应的MPEG-4标准,并在MPEG-4和H.264标准中,采用了一些图像压缩编码的新方法。除上述的国际标准外,还有一些大公司制定的标准,如飞利浦公司和索尼公司于1986年4月公布了,CD-I(Compact Disk-Interctive)多媒体光盘交互系统和相应的CD-ROM的文件格式等。下面就简介一下几种常用的标准。

一、JPEG(T.81)静止图像与MJPEG运动图像编码标准

JPEG是联合专家组的简称,成立于1986年年底。JPEG选择了DCT变换编码的方法作为其标准的骨架。在1991年3月,公布了ISO/TECDIS10918号建议草案(ITU-TT.81):“连续色调静止图像的数字压缩编码”,即JPEG标准。JPEG标准规定了基本系统和扩展系统两部分,符合JPEG标准的编/解码器至少要满足基本系统的指标。在基本系统中,每幅图像被分解为相邻的8x8图像块。对每个图像块采用离散余弦变换(DCT)。然后用一个非均匀量化器(其量化步长对不同频率位置的DCT系数不同)来量化变换系数,减少可能出现的电平的个数。由于人的视觉系统在高频区对失真不敏感,所以在这些频率位置上可以用较大的量化步长,以获得较大的压缩而儿乎没有视觉质量的下降。量化后的DCT系数再经之字形扫描方式(Zig-Zag)成一维符号序列,对其中的非零幅值和零游程长度再进行Huffman编码,分配较长的码字给那些出现概率较小的符号。

显然,图像的解码过程和编码器相反。通过对一系列各种不同特征的图像实行JPEG算法,可得到不同平均速率的图像质量。如一幅典型的数字彩色图像为512W80像素,每个像素24bit,共占据737280B的存储空间。如将其压缩到1比特/像素,压缩比为24:1,则存储空间减少到30720B,传输时间也由分减少为2.8s。

JPEG标准是一种帧内编码技术,它只考虑图像的空间冗余度,比较适用于静止图像。对于视频序列,它的每一帧都不是一个独立的过程,因而帧内DCT的压缩能力就比不上把空间和时间冗余度都除去的帧间技术。帧间编码技术可在相当低的比特率时取得与帧内DCT相同的图像质量。此外,还有新的静态图像压缩标准。如JPEG-LS,其编码效率比早先的JPEG提高约29%,某些情况下可达到80%o于2000年完成的JPEG-2000是具有更高效率的静止图像压缩标准,其编码变换采用小波变换,它已代替原有的JPEG标准。

MJPEG(Motion JPEG)编码压缩技术是基于JPEG静态视频压缩而发展起来的,其主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化,只单独对某一帧进行压缩。基于该技术的视频卡主要完成数字视频捕获功能,在后台则由CPU或专门的JPEG芯片完成压缩工作。

MJPEG编码压缩技术可获取清晰度很高的视频图像,并可灵活地设置每路视频清晰度与压缩帧数。但在保证每路都是高清晰度的情况下,受处理速度所限而无法完成实时压缩,并有很强的丢帧现象。同时由于没有考虑到帧间变化,造成大量冗余信息被重复存储,因而单帧视频的占用空间较大,目前最好也只能做到3k/帧,一般都要8~20k/帧。实际上,即使是丢帧录像,也将耗费大量的硬盘空间。这样,在摄像机较多的电视监控系统中,它一个月的录像存储量就十分惊人,甚至远远超过采用MPEG-1的实时录像产品。

二、MPEG图像编码标准

MPEG是运动图像专家组(Moving Picture Experts Group)的缩写,它是国际标准化组织(ISO)和国际电工技术委员会(IEC)的一个联合委员会。MPEG主要有MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4、MPEG-7等。

(1)MPEG-1的视频编码标准。MPEG-1标准为工业级标准而设计,于1992年制定。它包括三个部分:视频、音频、同步和多路复用的系统。MPEG-1引入了双向运动补偿,它包括图像序列(GOP)层、图像(帧)层、条层、宏块层和块层等。双向运动补偿形成较低的比特率而图像质量牺牲很少。在给定比特率的情况下,MPEG-1的图像质量要胜过ITU-T的H.261标准。

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