视频服务器的压缩格式

         数字监控行业的主要支撑技术是编解码、网络数据分配、存储、模式识别；各项技术相互影响，互为制约。 针对非实时对象、实时对象，编解码技术分为两大类——适合非实时对象的压缩算法及适合实时对象的压缩算法。两类算法都在向实现分层传送、图像质量可伸缩的目标，每类算法的核心算法大同小异，只是在算法复杂性和压缩效率之间的平衡各不相同，随着IC制造技术的发展，倾向于使用更复杂的算法，以换取较高的压缩效率，更有弹性的处理对策。 追求实时图像、高分辨率、高清晰度，可用网络带宽超过4Mbit/路，MPEG-2压缩格式是一个合适的候选者。可用网络带宽较低，低分辨率的实时图像，可以选择H.263/H.264压缩格式，H.263压缩算法成熟，成本较低，压缩效率也较低，标准化程度高；而H.264压缩算法的标准化程度不断提高，在今后一段时期内此压缩算法将成为主流压缩标准；至于MPEG-7、MPEG-21则将是未来效率更高的压缩算法。

        传统的以太网架构无法提供服务质量保证(QoS)，很难适应视频数据的流特性。当网络负载较重时，视频数据的网络传输时延、传输差错的控制一直是无法回避的难点。在图像质量相当的前提下，各服务器厂商使用各种复杂的压缩算法，力求减少视频数据、降低网络负载，以保证网络传输时延在可以接受的限制内。新的可以提供服务质量保证的网络协议的推出，会降低网络传输时延、传输差错的控制难度，相应减少提高压缩效率的压力，控制整体系统成本。新的数据放置算法，检索算法，将有力推动视频数据的存储技术的发展。 

        其实，各种压缩算法的目标不同，现实中没有一种压缩算法可以一统天下，也就不存在所谓最适合服务器的压缩格式。在一个系统的不同信道，甚至同一信道中都会出现多种压缩格式混合运行的情况，以充分利用各种压缩格式的特点、满足不同场景的要求。

        今后中国的数字化监控产品在技术上将会向两个方向发展：第一个方向是高清晰度。随着存储设备容量的不断增大、价格不断降低、以及象NAS存储系统的成熟和应用，对监控图像质量要求将会成为首选项目，MPEG-4＋D1、H.264＋D1或其它高画质图像压缩标准的技术将会成为发展方向，高清晰度的产品也将成为数字化监控的重要产品。第二个方向是网络监控的走势，网络化已经成为人们日常生活的重要组成部份，100M和1000M以太网络、光纤网络随处可见，人们对网络的依赖越来越强。基于MPEG-4、H.264或更新的图像压缩标准将使数字化监控迈向一个新的网络时代。
视频服务器经过多年的发展，其压缩标准已经从最初的M-JPEG和MPEG-1发展到现在MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.264等多种压缩标准并存的局面。 在长期以来的实际发展中，视频服务器作为一个开放性的系统，并没有限制必须使用哪一种压缩技术。同时这种对视频压缩标准的无限制，也促进着DVR系统不断吸收新的压缩技术和研究成果，从提高图像压缩质量、提高网络效果等方面不断改善，以满足不同用户的需求。

         其实视频服务器作为数字音视频技术的一个非常简单的应用，并没有限制必须使用哪一种压缩技术的必要。首先，正如前面所提到的，视频服务器是一个开放性的系统，这一点也可以从即将推出的视频服务器国家标准中只是规定了统一的测试方法和客观评价的标准这一点上得到印证。其次，硬件技术的发展在客观上推动了DVR系统压缩技术的进步，从最初采用MPEG-1 ASIC芯片到MPEG-4软件压缩与视频捕捉卡的结合，以及近三年来几乎一统压缩板卡天下的基于DSP的MPEG-4硬压缩板卡，硬件技术的发展几乎起了决定性的作用。 

         从目前服务器的发展趋势而言，网络应用将是未来监控系统不可逆转的发展方向，这一点认知应该是业界公认的了。所以，视频服务器实际上必须担负着两个任务：本地录像和网络监控。考虑到中国市场对实时性的独特要求，什么样的压缩格式才更适合未来所需的两者兼顾的网络化实时监控系统？这似乎是更为迫切的问题。要回答这样的问题，必须回到实际应用上来。

        前面提到的几种压缩标准代表着压缩技术发展的里程碑，但是他们的共同之处在于根基都是块变换技术，伴随着的是运动补偿技术的不断演化，从最初的整像素到后来的1/2、1/4像素；从单帧参考再到多帧参考。它们的Simple Profile支持I帧和P帧，而在Advanced Profile中支持B帧。我们必须认识到服务器所承担的两个任务对压缩的需求有着根本矛盾，本地录像需要更高的压缩比，而网络监控需要更好的实时性，引入B帧可以提高压缩比，而必然会在编解码端带来固有的延迟。

        所以，我们只能说服务器要解决监控实时性的问题不应该是从标准入手，而应该从解决本地录像和网络监控的矛盾入手。现在，DSP芯片技术的发展使得我们可以在同一颗DSP上完成多路CIF图像的MPEG-4压缩，如果我们把本地录像码流和网络监控码流分离的话，这个矛盾就会迎刃而解。此外，采用硬件压缩技术之后，PC的CPU资源得到彻底解放，在CPU的性能不断飙升的情况下，不利用实在是一种浪费。我们的压缩板卡在基本不占用CPU时间的情况下支持实时图像的捕捉，DVR系统软件的开发者完全可以把实时捕捉的图像使用各种成熟的压缩Codec压缩，来满足一些特殊的网络传输需求。
总之，开放的视频服务器可以不断吸收新的压缩技术，但是压缩技术的标准是固定的，要不断满足用户的需求，最需要的是灵活的技术运用。 

       “MPEG+D1是营业监控的发展方向”
        不同的应用市场对画质有着不同的要求，这是毋庸质疑的；根据不同的画质要求应用不同的压缩格式，这也是安防录像最佳的选择。大家都知道，硬盘使用将是以后DVR使用成本里唯一可控的空间，那么，如何合理利用有限的硬盘空间、最大化的优化硬盘使用就是用户在选购产品时，最优先考虑的重点因素之一。

        监控首先是为安全而存在的，其次才是应用于管理。网络应用是未来监控的发展方向，我个人也很认同这个观点，不过目前市场上，却有很多厂商以此来炒作；在网络技术和图像压缩技术还不能清晰地把图像在网络上传输的状况下，我们过多地拿着某些概念来炒作产品，就是在做秀了。 

        就中国大陆市场对画面实时性的独特要求，我认为就目前的压缩技术、传输技术来谈产品发展，要达到录像清晰同时保障图像的实时传输，必须采取多种压缩格式于一体、多种图象格式于一体，把录像画面和网络监控分开来做，才能让我们的产品在达到清晰实时录像的前提下，保障网络监控的顺畅和实时。

        也就是说，单纯的追求网络，目前的网络资源和图像压缩技术应用，往往会忽略了录像和监控的根本，那就是采集清晰和高质量的图像以便取证；单纯的追求清晰，保障了取证和检索的真实，但图像的传输是个难题。两者之间的矛盾在技术应用得不到彻底解决的情况下，我们安防人应该脚踏实地，务实做事，不要忘了监控录像之根本。

        任何压缩格式和图像尺寸都有它的优点和缺点。录像的目的就是取证。所以，录像能否清晰取证，是选择服务器的关键。目前市面上使用比较多的是CIF的画面录像格式，在一般的安防工程中，用CIF格式表现图像画质还尚可；但在某些行业的特殊要求的状况下，比如金融营业监控等某些营业性场所的监控录像，这些场所现金交易频繁，而且经常会产生纠纷，对图像画质要求非常高，CIF的画质就远远达不到这一要求。 

        很明显，MPEG+D1格式代表着新一代的画面图像要求标准，D1(704+576)画质录像放像的新概念，画面较CIF(352+288)提高了四倍，彻底解决了营业性场所监控图像录像不清晰，取证模糊这个问题。

         要说这是否会成为未来的发展方向，主要取决于人们对安防这个概念的理解，科技的日趋发展，现在的安防产品会在人们的生活中使用日趋普遍，有人着重于它的录像取证，有的把它作为管理工具。但就目前服务器的市场应用，近几年内，MPEG+D1绝对是营业监控的发展方向。