软压缩DVR与硬压缩DVR的基本原理和压缩算法

梦想家

　　软压缩DVR，也称视频采集卡，其基本原理：摄像机模拟视频信号输入到DVR卡，由视频采集芯片将模拟信号转换成数字信号，然后直接或通过PCI桥芯片进入PCI，再传输到内存，显卡中，由CPU执行DVR软件里的压缩算法，将庞大的视频信号压缩后存储到硬盘中。

　　硬压缩DVR，也称视频采集压缩卡，其基本原理：摄像机模拟视频信号输入到DVR卡，由视频采集芯片将模拟信号转换成数字信号，然后传至板卡自带的临时存储器中，再由卡上自带视频压缩芯片执行压缩算法，将庞大的视频信号压缩变小，最后这些压缩后的直接或通过PCI桥芯片进入PCI，存储到硬盘。

　　说明：在视频压缩芯片文中，作者曾经介绍过，视频压缩芯片分为专业压缩芯片(如：ASIC)，也就是真正的硬压缩，另外还有一类DSP处理器芯片，从原理上说采用DSP压缩与CPU压缩是一样的。软压缩的运算器在电脑上，而DSP运算器在DVR卡上。目前国内的所称“硬压缩DVR”，大多是采用DSP构架，与真正软压缩DVR比较，仅仅是一个处理器是DSP，一个处理器是CPU而已。压缩算法与载体是一样的，原理是一样的。有了这些认识，大家就知道为什么软压缩DVR也照样有H.264算法了。而并不是“硬压缩”才有的.

　　压缩算法

　　视频压缩算法有MPEG-1、MJPEG、小波算法、MPEG-2、MPEG4、H.261、H.263、H.264以及H.265等很多很多，在DVR领域，DVR常用的压缩算法主要有MJPEG、小波算法、MPEG-4、H.264，下面我将简单介绍之。

　　1) MJPEG

　　MJPEG (Motion JPEG)压缩技术标准源于JPEG图片压缩技术，是一种简单的帧内JPEG压缩，它对视频的每一帧进行压缩，压缩比率较小，数量大，通常每路每小时325X288分辨率录像需要硬盘空间1G左右，不仅消耗硬盘大，而且难以用于网络视频监控，除非采用非实时，这种压缩算法的优点是录像质量较好，远程监控时每帧图片质量较好，目前有些嵌入式或DVR卡依然有在采用这种压缩算法。如韩国的LG公司的PICASO视频监控卡

　　2) 小波算法

　　小波算法是基于小波变换的视频压缩，该技术是使图像信号的时域分辨率和频域分辨率同时达到最高。内核是采用行进中压缩和解压缩方式，视频中帧与帧之间没有相关性，其压缩比可达70:1或更高，压缩复杂度约为JPEG的3倍，适合压缩高清晰大画面电影，但硬盘消耗偏大，以352X288录像，每路每小时一般为350M左右，网络传输效果也不佳、目前市场上采用小波算法的板卡有韩国KODICOM卡，该类卡受MPEG-4硬盘录像卡冲击，也趋于淘汰。

　　3)MPEG-4

　　MPEG-4标准是面向对象的压缩方式，不是像MPEG-1和MPEG-2简单地将图像分为一些像块，而是根据图像内容，将其中的对象(物体、人物、背景)分离出来分别进行帧内、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。MPEG-4的传输速率为4.8~64kbit/s，使用时占用的存储空间比较小，以352X288录像每路每小时一般为平均为150M左右，并且MPEG-4录像画质从VCD到DVR画质可调。

　　值得注意的是，同样是MPEG-4算法，各家公司的相差很大，据我所知，有微软(MS)的MPEG-4，DIVX的MEPG-4，还有XVID的MPEG-4，而各家DVR公司有的完全采用前面所提到的MPEG-4，有的自己针对DVR进行算法优化的MPEG-4，其中 MS MPEG-4内核是不对外公开的，只能应用与Windows Media 流媒体技术上，早在2004年深圳波粒就曾经采用MS MPGE-4，由于技术封闭，这种MPEG-4的应用受到了限制，波粒已经放弃采用这种MEPG-4，后来视频编码方面的高手与黑客破解了微软的MPEG-4，并做了些改进，就出来了DIVX 3.11 MPEG-4，很快DIVX MPEG-4红的发紫，几乎成了业界标准，DivX技术的创造者之一Rota还申请将DivX合法化了，DivX成立的初衷就是摆脱微软的技术封锁，开放源码，吸引很多软件视频高手参与。后来DXN公司突然封闭了DivX的源代码，发布了自有产品DivX4，之后另一视频高手团在OPEN DIVX基础上，开发出新的MPEG-4编码XVID，其名字与DIVX几乎相反，这个取名就代表着这支视频高手团对DXN的愤怒与仇视，从技术上来说，Xvid已经基本上与DXN公司的最新版本DivX5接近，或者还有所超越，它可以在保持DivX5画质基础上，大大提高压缩时间，被认为是目前最快的MPEG4编码。除此之外，Xvid还吸收了前车之鉴，依照GPL发布，也就是说，谁要是想做成产品而不开放源码是非法的。

　　4)H.264

　　在H.264视频编码标准通过之前，被称为国际标准14496-10(MEPG-4 第10部分)。因此可见H.264并不是比MPEG-4先进，他们其实是一回事。以前大量使用的MPEG-4 是采用了标准的MEPG-4 第10部分以前版本，目前名称对应的关系为：

　　H.264 Baseline Profile 对应 MPEG-4 SP

　　H.264 Main Profile 对应MPEG-4 ASP

　　H.264 Extended Profile 对应MPEG-4 ARTS or FGS

　　H.264 Baseline Profile 对应MPEG-4 Studio

　　作为目前最新的视频编码技术H.264，在安防行业应用有着非常大的前景。H.264标准采用了很多新技术用来提高压缩比降低码流，主要是采用了高精度、多模式预测技术。H.264 标准针对网络传输的需要设计了视频编码层VCL和网络提取层NAL结构，网络抽象层是提供“网络友好”的界面，从而使视频编码层能够在各种系统中得到有效的应用。H.264 标准针对网络传输的需要设计了差错消除的工具便于压缩视频在误码、丢包多发环境中传输，从而保证了视频传输的有效性。

　　H.264算法分为Baseline Profile、Main Profile、Extended Profile和High Profile四层，H.264算法与以前的算法相比，在算法复杂度上H.264 Baseline Profile是以前MPEG-4的2倍左右，H.264 Main Profile是MPEG-4的10倍以上，High Profile复杂度最高;在压缩码流方面，Base Profile低于MPEG-4 10-20%，Main Profile低于MPEG-4的一半。

　　大家可以看出，实现H.264 Main Profile 算法后可以使视频码流降低一半，可以实现CIF格式视频在普通的ADSL上实时连续传输，即使在网络有波动的情况下也不会受到影响。同时由于H.264算法具有网络编码层和网络传输层结构，这样对于普通的宽带网络和无线网络的适应性大大加强，不会由于网络的误码影响传输的质量。

　　然而目前的芯片处理能力还不能够实现完整的H.264算法，现在只能实现H.264算法中的部分功能，因此需要一个过程才能够体验到H.264给大家带来的优点。