1、南昌大学硕士学位论文基于软件模式可即时扩展的IP网络数字视频监控系统的设计姓名：吴德道申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：徐苏20060601摘要摘要什么是监控？是（因特网 协议）的缩写，它是通过计算机网络进行交流的最常用的协议之一。监控解决方案就是通过有线或者无线网络把视频信息以数字化的形式来进行传输。只要是网络可以到达的地方就一定可以实现视频监控和记录，并且这种监控还可以与很多其它类型的系统进行完美的结合。目前，视频监控系统市场的发展日趋多元化，随着用 户群的不断增加，整个视频监控市场规模的日益扩大，在需求方面，已经由最初的政府、邮电和电信行业用户发展到司法、银行、证券、保 险
2、、教育、医 疗、税 务 等各行各业。传统的视频监控模式已经无法满足要求快速响应的商业竞争，有远见的机构对视频监控的兴趣点已经由硬件解决方案转向了应用灵活、成本低廉的软件视频监控解决方案。客观上讲，随着越来越廉价的 宽带接入技术的普及，视频监控由“硬”到“软”是必然的进化过程。而在现有的技术条件下，软件视频监控在视音频质量上已非常接近硬件系统的效果。相比之下，软件 视频监控具备许多优势，包括丰富的数据控制功能，非常方便的系统安装部署、扩容和产品升级，使用灵活，可以随时随地的查看各监控点。此外一个非常重要的优势是它的价格， 仅有硬件系统的几分之几甚至更低。本文内容：是开发实现了一个基于软件模式可扩
3、展的网络视频监控系统视频监控系 统，它运行在最通用的网络平台上，实现了先进的视频监控与多媒体数据交互功能。结合电子办公的建设需要，通过该系统，可建立大规模、可即 时扩展的 视频监控网，并可建立和实现多点实时远程视频监控。关键词：视频监控；智能流；视频压缩？）（），”，垒！翌！ 一一：，：；：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得壹墨点鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表
4、示谢意。学位论文作者签名：昱喇氐至签字日期：俨二年月。日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解壹曼圭鲎有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权壹墨叁鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：蔓彬见签字日期：矿；年月，日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：导师签名泐、签字日期：沙年月坫电话：邮编：南吕大学硕士学位论文第一章绪论弟一早三百下匕随着多媒体技术、计算机技术和网络技术的飞速发
5、展，数字化音视频数据的网络实时传输和控制已经成为可能。网络视频监控系统就是在这种情况下出现的。它是一种以计算机技术、 图像视频压缩技术和视频数据实时传输技术为核心的新型数字视频监控系统，具有附属设备少，造价低、操作简单、 维护方便等特点。适用于银行、邮电、交通、电力、水 电、仓库、教学、医疗、 军事、公安等系统。网络视频监控系统的应用领域非常广泛，而且市场需求也十分巨大。研究背景的出现，推动了世界信息产业的迅速发展。据国际数据集团：）统计，信息技 术和电 信营业额相当于全球农产品、汽车和纺织品全球贸易额的总和，并仍在大幅度增长。中国网 络的发展速度世界少有，年中国信息产业的经济规模跃居世界第七
6、，年电话总量居世界第二，有线电视用户数居世界第一。上网人数年底己达万人，一年之间增长五倍，据预钡，年内将增长至万人。年将达万人。随着网络技术朝着宽带化与多元化的方向发展，人们己不满足于相互间简单的信息交换，对多媒体技术在网络上的应用提出了更高的要求。网络带宽的增长可以容纳越来越多的多媒体信息。信息技术与信息产品的发展也顺应了这个大的潮流。反观传统的产业，也正在进行着网络化的变革。传统的视频监控系统正朝着监控网络化进军，传统的电信业务如电话，也正在向语音发展， 诸如种种都说明了一点，网络化进程是必然的趋势。在这样的大环境下，技术的发展也正在日益的成熟，相关的标准以及协议也正在出台。产品的专业化发
7、展也正成为 业内产品的发展趋势，不 仅提高了产品的专业性，而且及大降低了产品的维护成本。正是在这样的背景下，开发网络视频实时传输系统成为必然。它的重点在于解决视频图像在网络上的压缩与传输，以提供高质量的多媒体图像，并使该系统能成为可应用于多种环境与领域的产品。南昌人学硕二学位论文视频监控的发展过程视频监控系统的发展基本上是从早期的模拟闭路电视监控系统向数模结合的视频监控系统和现在的数字视频髓控系统演变的过程，而现在的数字视频监控系统根据技术的发展又分为三个阶段：数字监控的多媒体阶段、数字监控的阶段和数字监控的网络阶段。一、视频监控系统的现状、模拟视频监控系统模拟视频监控系统分为基于微处理器的视
8、频切换控，机的多媒体管理和基于机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。模拟闭路电视监控系统实际上就是许多模拟监控设备的组合，系统主要由“前端设备”和“终端控制设备”以及“信号传输介质”三个部分组成，其中：前端设备主要有摄像机、云台、解码器等，控制设备主要有切换矩阵、画面分割器、监视器、控制键盘、录像机等。传输介质包括电缆、控制 线等。随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高，多媒体技术的应用，系 统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频监控系统的构成更加方便灵活、与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。但由于 视频监控系统中信息流的形态没有变
9、，仍为模拟的视频信号，系 统的网络结构主要是一种单功能、 单向、集总方式的信息采集网络，因此系统尽管已发展到很高的水平，己无太多潜力可挖，其局限性依然存在，要满足更高的要求，数字化是必由之路。模拟监控系统的主要缺点有：、通常只适合于小范围的区域监控，模 拟视频信号的传输工具主要是同轴电缆，而同 轴电缆传输模拟视频信号的距离不大于，双绞线的距离更短，这就决定了模 拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所。、系统的扩展能力差， 对于已 经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身，新的 设备也很难添加到原有的系统之中。、无法形成有效的报警联动，由于各部分独立运作，相互之间的
10、控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。、数字视频监 控系统随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网 络通讯技术的发展、数字视频监控系统迅速崛起， 现今市场上有两种数字视频监控系统类型，一种是以数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频服务器为核心的视频监控系统。数字视频压缩编码技术日益成熟，计算机的普及化，为基于机的多媒体 监南昌火学硕士学位论文控创造了条件。这种新型视频监控系统的迅速崛起，部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录 像机为核心，辅以其它传送器的模拟视频监控模式。其优越性主要表现在：、机的多媒体监控主机 综合了视频矩阵、 图像分割器、录像机等的众多功能，使系统结构大为
11、简化。、由于采用计算机网络技术，数字多媒体 远程网络监控不受距离限制。、由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质，同时有利于系统实现多媒体信息查询。但随着基于机的视频监控 录像系统的发展，在实际工程使用过程中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。基于的视频监控录像系统的组成结构为：兼容工控机 视频采集卡普通较可靠的操作平台应用软件。从系统的组成结构来分析：、机用于时不间断工作时，其性能是不很 稳 定的，工控机相对兼容机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较复杂的工作环境。、操作系统：以 为操作平台的系统， 业内人士都知道，的稳定性是有一定问题的，如果同时应用软件又
12、不是很规范，这样就容易在使用过程中出现工作不稳定、死机等问题，而基于机的视频监控录像系统其软件的实现是在、等通用操作系统上，同时系统文件、应用软件和图像文件都存储在硬盘上，视频处理必须高密度输入大量数据，同时硬盘要进行多工工作，普通的硬盘逻辑（如的）已无法适应，以致极易产生系统的不稳定性，造成死机现象。、应用软件：采用简易应用软件的系统是不能够用于安防领域的，视频监控系统的应用软件能力上应支持多任务并发处理，如监视、录像、回放、备份、报警、控制、远程连接等的多工 处理能力。、视频采集卡：视频监控录像系统通常均为多路输入系统，视频采集卡可采用多卡方式，也可采用单卡方式。一般 说，单卡方式集成度高
13、， 稳定性会优于多卡方式，很多采用一路一卡的方式很容易形成硬件冲突，其稳定性会有较大的影响。嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性 严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集 软硬件于一体的可独立工作的”器件”。嵌入式操作系统是南吕人学硕士学位论文一种实时的，支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化 浏览器等，嵌入式操作系 统
14、在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。嵌入式系统的优缺点：、系统为专用系统，所以系统小，指令精简，处理速度快。、系统数据置于，调用速度快，不会被改变，稳定性好。、系统处理实时 性好，性能稳定。、文件管理系统更适合于大量的视频数据。、在网络功能、音视频同步等方面也难令人满意。嵌入式视频服务器方式， 视频服务器内置一个嵌入式 务器，采用嵌入式实时多任务操作系统。摄像机送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线送到内置的服务器，网络上用户可以直接用浏览器观看服务器上的摄像机图像，授权用户还可阱控制摄像机、云台、镜头的动作或对系统配置进行操作
15、。由于把视频压缩和功能集中到一个体积，的设备内，可以直接连入局域网，达到即插即看，省掉多种复杂的电缆，安装方便（ 仅需设置一个地址），用户也无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看。嵌入式视频服务器监控系统与其它监控系统的比较有如下特点：、布控区域广 阔嵌入式视频服务器监控系统的服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域。、系 统具有几乎无限的无缝扩展能力所有设备都以地址进行标识，增加设备只是意味着地址的扩充。、可组成非常复杂的监控网络采用基于嵌入式务器为核心的监控系统在组网方式上与传统的模拟监控和基于平台的监控方式有极大的不同
16、，由于服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输。、性能稳定可靠，无需专 人管理，嵌入式服务器实际上基于嵌入式电脑技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，又由于视频压缩和功能集中到一个体积，的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、 稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人 值守的环境。、当监控中心需要同时观看较多个摄像机图像时，对网络带宽就会有一定的要求。二、视频监控系 统的发展南昌大学硕士学位论文、视频监控系统的发展方向前端一体化、视频数字化、监控网络化、系 统集成化是视频监 控系统公认的发展方向，而数字
17、化是网络化的前提，网 络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。、数字化数字化是世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我 们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破”经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、 传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、 编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实
18、现管理和控制，这也是系统集成化的含义。、网络 化视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系 统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容 错 可靠等优点。系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也
19、是系统集成的一个重要概念。从以上可以看出，视频技术的发展大致经历了模拟视频、视频、网络视频 三个阶段，并以网络、通信技术为依托和传输平台。、智能化伦敦爆炸案的调查过程使安全官员和民众对电视监控在安全系统中的作用有了进一步的认识，产生了更高的期望，的确电视监控是安全系统中是最有效的手段。这为安防行 业的发展带来了好的机会和新的空间，与此同时、也对我们提出了更高的要求，提出了新的挑战。因 为、现在的电视监控技术还不能完全满足安全的需求，需要我们不断的完善和改进，在 应用模式上，技术上和观念上要有突破，视频监控技术正在向着数字化、网络化、智能化的方向发展，而当前的形势将极大的促进这一发展过程。许多城
20、市和地区准备建立大型视频监控系统，摄像机的数量大，监视的范围广。利用 传统的方式和技术，信号的传输成本较高，南晶人学硕士学位论文但是网络却无处不在，而且带宽越来越宽。利用网 络来传输视频信号是一种可行的选择。一个大系统可以得到大量的图像，如果 还是用人观察来提取有价值的信息效果很差，除了效率低之外，图像信息的利用也不充分，采用自动的分析图像，发现有用的信息并立即处理（例如告警）。这是智能化的基本出发点。我们可以把视频监控技术分为几种模式，但实际上这些模式并没有本质的差别，因为它们都是用人来观察图像。智能化 视频监控的真正含义是：系统能够机器分析（自动理解）图像并进行处理。安防的其它技术也是如此
21、。我看过这样一篇文章，作者提出了视频监控正在“从经典走向现代”的观点，并指，完成这一转变的主要标志之一是系统从目视解释（视读）走向机器解释（机读），而这正是需要实现的目标。视频监控技术网络化、智能化的基础是数字化。而智能化是“三化”的最高境界。系统由目视解释转变为自动解释是视频监控技术的飞跃，是安防技术发展的必然，但解释 （机读）什么，是当前要认真探讨的问题。研究意义及内容网络视频监控系统是一种典型的网络视频实时传输系统。网络视频监控系统的优点正好克服了传统的模拟闭路电视监控的局限性；首先，数字化视频可以在计算机网络（局域网或广域网）上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度
22、提高图像品质和稳定性；其次，数字视频可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线，还便于集中监视 、集中控制：另外，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。本课题的目标就是为了顺应这个时代发展的潮流，研究并开发一个网络视频监控系统。它的主要内容有：、音视频 的实时压缩 技术；、音视频 的同步技 术；、视频的实时传输 技术；、网络质 量对视频传输 的影响；、视频的延时 与缓存控制：、视频的运动检测 与报警；、视频的存储 与点播：、嵌入式软、硬件平台的集成；南昌大学硕士学位论文、分布式设备 的通讯与控制。音视频的实时压缩和传输技术是整个网络多
23、媒体系统的核心。由于网络带宽总是一个有限的资源，因此我们要采用适当的音视频压缩算法（如）使得多媒体数据尽量占用较少的网络带宽，但是同时又要保证图像和语音质量能够满足具体应用的需求。对于实时监控，由于 对音视频数据的实时性要求很高，我 们必需要有实时压缩（一般采用硬件压缩）和实时传输技术（），使得最后的总延时尽量小，这样才能够及时反映监视现场的情况。另外视频的运动检测与报警、存储与点播在视频监控中也有很大的实用价值， 对于开发一个完整的网络视频监控系统这些功能是不可缺少的。在网络视频监控系统中，视频服务器是核心硬件，它提供视频的模数转换、压缩和传输。一般在视频服务器上采用嵌入式操作系统（如）来完
24、成软、硬件平台的集成。整个网络视频监控系统中可以存在多台视频服务器，它们分布在网络的各个部分，这就需要有一个管理机制（比如）来管理和控制这些分布式的设备，使得整个系统更加完善。各章节内容本文共分为八章：第一章阐述了本课题的研究背景、内容和视频监控发展，以及各章节的内容。第二章简述了图像压缩的基本原理，并分析和比较了几种典型的图像编码标准，最后对本系统采用的图像压缩标准一作了 进一步的阐述。第三章简述了网络多播原理，并介绍了著名的实时传输协议一协议，以及与该协议紧密相连的几个协议、协议。第四章详细阐述了我们实现的网络视频监控系统（）的设计原理，包括系统的框架与基本组成部分、音 视频的合成与实时传
25、输、分布式 设备的通讯与控制；我们在的基础上，根据该监控系统的特点，设计和提出了自己的实时传输协议（）第五章介绍了在我们的系统中是如何驱动实时视频压缩卡的，也就是最底层的驱动程序的开发：并且使用了一个巧妙的音视频同步机制来保证应用程序能得到同步的音视频流，并且有足够的信息来把音视频流合成系统流。第六章介绍了两种在编码域进行运动检测和报警的方法：一种是基于图像的视频分析，只简述了如何得到图像：另一种是基于运动矢量的运动检测方法，也是本系统中所采用的，这种算法不仅能检测到运动，还能区分摄像南昌大学硕上学位论文头和物体的运动，有很高的实用价值。第七章介绍了本系统中所用的视频存储和点播技术，阐述了我们
26、根据本系统特点设计的视频存储文件系统（文件系统）和流格式。第八章对本课题进行了回顾和总结，并提出了未来的改进和发展方向。南昌大学顾士学位论文第二章音视频的实时压缩技术数字图像压缩编码原理简介图像数据压缩之所以可以实现，是因为原始图像中存在很大的冗余度。有相关性就有冗余度，传输前将冗余度去掉，称之为压缩编码。压缩编码可分为帧内图像编码（）￥帧问图像编马（）。所谓帧内编码是仅利用空间相关性对一帧图像编码，帧问图像编码则是利用时间相关性对一个图像序列进行编码。帧内编码主要是用变换编码方法， 帧问编码主要用预测编码。帧内编码用于帧内编码的变换编码是一种线性变换，变换的基函数是行一列可分离的。对于变换期
27、望的性质是要减少变换系数的相关性。适当选择基函数，可以使系数的相关性。适当选择基函数，可以使系数的相关性减小。另外通过变换将大部分能量集中于一部分变换系数，从而可以除去其它大多数系数也不会严重影响图像。能量是否集中还和信号本身的性质有关，幸好普通的图像经变换运算减小象素幅度之间的相关性后具有能量集中的性质。考虑过许多不同的变换方法用于变换图像编码，它们集中能量的效率和计算方面的要求各不相同。离散变换是所有线性变换中能量集中效率最高的，但是实践很困难，因此需要另外寻找一种合适的变换方法。年离散傅氏变换（）被认为是一种适合的变换，因为它有固定的基函数组，可以用算法对它作快速运算。尤其重要的是，普通
28、图像经变换能量的主要部分集中于低频区域，所以当时把作为首先考虑的变换编码方法。但后来发现离散余弦变换（的性能更好。具有能量更加集中的优点，而且不会牺牲其它方面的质量，如已 经有的高效算法仍然适用。而且和关系密切。除了和，还有许多其它的变换也都考虑过，如哈特曼、离散正弦等，但从计 算效率和能量集中这两方面来看，仍被看作是最佳选择。在变换编码中，一幅图像可分为许多子图像或图像块，每个 块分别编码。一次对一个块的图像编码， 这样编码器可以自适应于局部图像的特点。同时，对于子图 像编码减少了存储和计算方面的要求，由于每次处理一个块的图像，就没有必要储存整幅图像。而且在一个多处理的环境下，图像块的变换可
29、以平行计算。虽然较 小的图像块计算会更有效，并且可以让我们设计的编码器能自适应于局部的图像特性，但 图像块的大小不能无限制地减小，因为当我们将一个图像南昌大学硕士学位论文分成比较小的片段进行变换时对图像象素强度之间的相关性的利用就差了。所以用于图像变换编码的图像块的大小通常为或，不宜再小。图像块在经过变换编码后，由于能量集中， 选择一小部分的变换系数分配码字，而另一部分系数被丢弃。可以采用两种不同的方法来决定被丢弃的系数。一种称之为分区编码，另一种称之为阀值编码。分区 编码中只对于在一个特定区域中的系数进行编码。分区的形状和大小会受到变换方法的不同，有效位的多少等多种因索的影响。在阀值编码中，
30、变换系数要和一个阀值相比较，超 过这个阀值的被编码。从集中能量的观点看， 阀值编码要比分区编码优越。 对系数位置作编码的通常方法是流程（）编码。变换后的系数最后要经过熵编码来进一步减少冗余度。对于不同概率的符号分配不同长度的码字，即可变长编码（）。哈夫曼编码（）是一种效率高，方法简单的可变长编码。己经广泛用于图像压缩。帧问编码帧间编码主要用的是预测编（），又称差值编码（）预测编码是根据己编码 的过去象素来预测当前象素，并对其预测误差进行编码。这种编码方法利用了图像之间的相关性和视觉的差值灵敏度。帧间预测编码利用前一帧来估计当前帧。对于运动图像， 为了使预测误差尽可能小，从而达到减少码率的目的，
31、就一定要采用适当的预测方法， 这个方法就是运动处理。运动处理要有两个过程。第一个过程是对运动物体的位移做出估计，即对运动物体从上一帧到当前帧位移的方向和像素数做出估计，也就是要求出运动矢量，这个过程叫做运动估计（）第二个过程是按照运 动矢量，将上一帧作位移，求出对当前帧的估计， 这个过程称之为运动补偿（）运动估计通过当前帧和过去帧的匹配搜索产生运动矢量，用这个矢量对过去帧进行运动补偿，得到当前帧的估计， 这个估计值和当前帧的差值经量化、编码后与运动矢量一起被送到接收端，用于解码。运动估计可分为两种。第一种是按块进行的运动估计，即先将图像分成小 块，再按每一块作计算，并假定在同一块中的像素具有同
32、样的位移。这个方法的优点是接收端重建图像比较简单，缺点是发送运动信息增加了所需数据的码率，并且当一个块的图像像素并不具有同样的位移时，预测误差仍然很大。第二种是以像素为基础的运动估计算法，也就是运动矢量是对每一像素做估计，它可以克服以块为基准的缺点，但是硬件实施很复杂。所以运 动估计大都采用按块估计的方法，称块匹配法（）。块匹配法是将一帧图像分成个像素的各个小块，通常是个像素的方块。假定每帧的最大位移为个像素，那么当前块的像素就应在上一帧的（）南昌大学硕：学位论文（）的窗口内搜索相应 的匹配块。几种典型图象编码标准及比较在过去的几十年间，多媒体技术得到了巨大发展， 现代计算机和网络不仅能处理文
33、本和图形，而且能处理运动图像以及音频信号。为了满足可视通讯发展的要求，国际标准化组织相继制订了一系列图像国际标准，例如静止图象压缩标准，运动图象压缩标准，以及正在制订的等，这 些标准的制订满足了特定硬件环境、新的压缩算法以及不同网络的要求。现有的压缩标准大都是针对某一特定的应用环境而言，实际上选择一个满足特定应用要求的压缩标准是很难的。现在没有一个最好的普遍适用的压缩算法，因为在有些环境下要求能实时快速地压缩，例如可视电话。而在另外一些 环境下压缩可以是非实时的，只要能实时地的解码就行，例如系统。多媒体通讯的最终目的是为了满足最终用户的要求。所谓就是满足虽终用户满意程度的综合性能表现，多媒体通
34、讯系统设计人员在设计时需要考虑各种各样的系统环境约束，例如网络带宽， 缓冲大小，网 络延时等，这样才能选择恰当的技术和标准来实现系统。图象编码标准图像压缩标准制定于年月，最初用于在上 进行可视电话通讯。它能处理（其中，）运动图像数据流，主要用于可 视电话和可视会议电话系统。只支持两种图像格式，即和，格式主要用于和电视信号兼容。所有的编码器都要支持格式，但格式是可选项。表是 图像编码标准图像格式的比较。能达到的最大帧速是帧秒。不支持隔行 扫描的图像，和一样，支持的：的采样格式，对于图像来说，没有压缩过的原始数据如果以每秒进行采样，则数据的速率为。在相同的条件下的速率为若要在解码端达到帧秒，则所需
35、要的压缩比为：。这种压缩比用现有的技术是能够达到的。行帧列帧行帧列帧亮度信号色度信号色度信号表图象编码标准图像格式比较南吕大学硕学位论文采用分层结构来编码，每一帧图像由一定数量的组成（对于来说为，对于来说。为），接着每个再分解为个，最后每个由个的亮度信号和两个的色度信号组成。，图像质量一方面决定于图像格式（和），另一方面和传输的网络带宽有关，带宽越高，图象质量越好， 为了防止逆变换的积累误 差，规定宏块每次需要更新一次。在编码算法方面，图象压缩标准在这几个标准中是最简单的。它有两种编码模式，一是 帧内编码方式，利用变换、量化、编码对 帧进行编码，还有一种帧间编码方式，它类似于的帧编码，利用帧问
36、图像的相似性进行压缩，主要是利用帧间运动补偿技术， 传送帧问运动补偿的差值，如果这个差值小于某个预值， 对应的宏块就不再编码，而只传相关的运动矢量。在帧间图象编码的和变长编码之间加入了一个低通滤波器，以便消除剩下的高频信号噪声。在中，量化是一个线性函数，步长大小可以根据传输缓冲区中数据的大小来动态改变，因此编码器的输出是固定速率的，图象质量依赖于图像的内容及运动信息。图象编码标准图象压缩标准制定于年，主要用于低码率图像传输，例如可视电话系统，传输带宽一般在左右。图象压缩标准的制订参考了，其中大部分编码结构和算法与是相同的。主要的不同点在于图像格式，比特流的开销以及块状效应的消除等方面。 虽然是
37、图象编码标准的扩展，但二者在制订时的目标是完全不同的，的目标比特率是，的目标比特率低于，这主要是由于两者传输的介质不同主要用于，主要用于或无线传输 信道。另外二者所支持的图像格式也不一样，只支持和两种图像格式，而除了这两种以外还支持，和三种 图像格式。和主要不同点如下：（）半象素预测和类 似，运动矢量的精度为半象素。这样更有利于提高运动图象质量。（）不受限制的运动矢量模式采用这种模式的的运动矢量可以指向图像帧的外边。（）运动矢量 块传统的运动矢量一般采用，而块的大小为。利用的南昌大学硕士学位论文高级模式可以采用运动矢量块。（）基于语法的算术编码这也是的选项之一，用它来代替编码可以显著减少要传输的比特数。（）结构不同为了提高容错能力，侮个只包含一个宏块的行。（）没有标志由于的 检错和纠错方法不适用
