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从DVR的角度看MPEG-4与H.264
2008/11/5 11:48:41
 

一、   背景资料
国际上有两个负责音视频编码的标准化组织,一个是MPEG(Motion Picture Expert Group),为国际标准化组织下的运动图像专家组。另一个是VCEG(Video Code Expert Group),是国际电信联合会下的视频编码专家组。
以上两个标准化组织制定的相关编码标准都获得了广泛的应用。VCEG制定的标准有H.261、H.262、H.263等,这些标准成为电视会议的视频压缩标准,最新推出的H.264是为新一代交互视频通讯制定的标准。MPEG的名气在DVR业界内要大得多,制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21,MPEG-1即俗称的VCD,MPEG-2则为DVD所采用,MPEG-4是为交互式多媒体通讯制定得压缩标准,MPEG-7是为互联网视频检索制定的压缩标准。
对DVR而言,每次采用新标准的压缩方式,意味着更小的硬盘占用空间,更流畅的网络传输和更好的图像质量。目前主流的压缩方式已经从MPEG-1过渡到MPEG-4,各个板卡商也在力推各自基于MPEG-4的视频采集卡。在MPEG风头正劲的时候,VCEG在2003年5月份推出了H.264压缩标准。在实际使用中我们发现它比MPEG-4压缩率更高,更加适合在有限带宽的环境下传输视频数据,而画面质量与MPEG-4基本相同。
产生这种差距是因为两种压缩方式有各自擅长的一面。MPEG-4应用广泛,主要是针对多个视频对象进行压缩编码,非常适合互联网上的多媒体应用(如动画,电视等),因此也就不难理解MPEG-4热度只增不减了。而对DRV来说,在进行实时视频图像编码中,很难在一个画框中识别出多个视频对象,最终还是要将整个视频源当作一个矩形视频对象进行编码。反观VCEG开发的H.26X标准,都是针对单一矩形视频对象而开发,追求更高的压缩效率。因此也就不难理解H.264要技高一筹,更符合DVR的实际使用情况。

二、   实际测试

海康DS—4004H音视频板卡录像与DS—4004M音视频板卡录像的比较。
   测试环境
测试机1配置: CPU:CI I 1G,主板:技嘉815E,内存:256 MB,1块海康DS—4004M音视频采集卡。
测试机2配置:CPU:PIII 1G,主板:SBC 8168,内存:256 MB,1块海康DS—4004H音视频采集卡。
测试外围硬件:一台解码器(WD—940)、一台彩色摄像机(NVC-534P),一台黑白摄像机(NV-394CA),二台1—4视频分配器。
操作系统:Windows2000(sp3)
测试使用软件:板卡测试程序
   测试项目
在相同压缩率与录像质量下对同一个摄像机(彩色/黑白)进行录像,比较其录像大小。
   测试记录
项目一:比较录像文件大小,黑白和彩色各完成两次存储。
DS4004M
     DS4004H   无视频   静止录像   一般运动录像   剧烈运动录像
黑白图像   787(61s)/177(62s)   864(67s)/258(64s)   5294(77s)/4379(78s)   12560(64s)/8123(64s)
     791(61s)/176(62s)   627(67s)/259(64s)   6312(77s)/4458(77s)   11515(64s)/8170(64s)
彩色图像   804(61s)/177(62s)   5984(67s)/3233(64s)   11981(77s)/4302(78s)   16519(64s)/10567(64s)
     841(61s)/182(62s)   6438(67s)/3368(64s)   11255(77s)/4361(77s)   16240(63s)/10575(64s)
注:DS—4004M系列压缩卡安装在测试机1上,DS—4004H系列压缩卡安装在测试机2上;
    录像文件大小单位:KB

项目二:录像回放的CPU使用率(单位:%)

     回放静止图像文件   一般运动图像文件   剧烈运动图像文件
DS4004M   8-12   8-17   16-19
DS4004H   9-34   12-36   20-43
注:录像回放都在测试机1上完成
   测试结果
通过比较录像文件的大小,可以得出:在录制相同的图像的条件下,DS4004H系列压缩卡所用的存储空间明显小于DS4004M系列压缩卡,相差30-40%。
目测回放录像图像质量无明显区别,但DS4004H系列压缩卡回放时的CPU使用率更高。
正确认识MPEG-4与H.264产品
  H.264视频编解码标准具有一定的先进性是公认的,但是它并不是首选的视频编码器标准,特别是作为监控产品,因为它还带有一些技术上的缺陷。
  作为H.264视频编解码标准被纳入MPEG-4 Part 10标准中,也就是说它只是附属于MPEG-4的第十部分。换句话说,H.264没有超出MPEG-4标准范畴。因此,网上有关H.264标准和视频传输质量高于MPEG-4是不正确的,MPEG-4过渡到H.264更是令人无法理解的说法,首先让我们正确了解MPEG-4的发展:
1、 MPEG-4(SP)与MPEG-4(ASP)是MPEG-4早期的产品技术
  MPEG-4(SP)与MPEG-4(ASP)是于1998年提出的。它的技术发展到目前,的确有些问题,因此,目前国有对MPEG-4有开发能力的技术人员,在MPEG-4视频监控或视频会议产品并没有采用这一落后的技术。网上所宣传用H.264产品(也就是2005年以后的技术产品)与早期的MPEG-4(SP)技术对比实为不妥.犹如2005年的IT产品与2001年的IT产品性能比较能否让人信服?.在这里需要说明的是,这是一种厂商的技术炒作行为。
请看一下技术比较:
一些厂商错误引导性的比较:在相同的重建图像质量下,H.264比H.263+和MPEG-4(SP)减小50%码率。
这些数据实质是把H.264新技术产品数据与MPEG-4早期的技术产品数据对比,这对于比较目前的MPEG-4技术产品是没有意义的,也是一种误导。为何H.264产品没有对2006年新的MPEG-4技术产品进行数据比较。H.264视频编码技术的发展的确很快,但其视频解码视频效果只相当于微软的Windows Media Player 9.0 (WM9)视频效果。而目前MPEG-4技术在视频解码技术上已经达到(WMV)技术规范,音视频同步性小于0.15s(150毫秒之内),这是H.264与微软WM9所不及的
2、发展中的MPEG-4视频解码器技术:
目前,MPEG-4视频解码器技术发展很快,并不是像厂商在网上炒作的那样。目前H.264图像标准它的优势只体现在它的压缩和存储,但它的录像格式不是规范格式。其原因在于,H.264并没有采用国际上通用的存储格式,用国际上通用的第三方软件无法打开它的录像文件。因此,在国内一些政府和机关部门,在选用设备时明确表明:录像文件必须采用国际上通用的第三方软件可以打开。这一点对于监控产品实为重要。特别出现偷盗时,公安需要取证、分析等。
MPEG-4的视频解码器升级版本为(WMV) ,音频是根据各厂家的编码技术和经验有所不同。目前2005-2006年成熟的MPEG-4新技术产品,在性能方面,是远远高于H.264技术产品。
就传输来看:比起新的MPEG-4技术产品H.264存在以下几方面的缺陷:
1、音视频的同步性:H.264音视频同步性存在一些问题,主要体现在延时方面,H.264的传输性能同微软的Windows Media Player 9.0(WM9)相当。而目前网络视频服务器采用的MPEG-4技术,在视频监控和视频会议领域实现延时小于0.15秒(150毫秒),这是H.264产品所不及的;
2、网络传输效率:采用H.264传输效率并不是十分很高。
3、耗用系统资源很大:采用H.264传输,浏览时,耗用较大的CPU和内存资源,较MPEG-4差距较大。
4、H.264视频存储格式:作为视频监控的最重要问题是取证。如公安部门取证、保安部门取证。按照国际通用惯例,监控硬盘录像应满足采用第三方浏览软件打开浏览。H.264压缩的确比较好,但它的储存格式不是规范。但MPEG-4是因为采用AVI第三方浏览软件可以打开浏览的通用视频格式,如:微软的Windows Media Player 7.0/8.0/9.0,RealOne Player等等都可以打开,因此,在这里无法比较两者的储存压缩效果。
3、新技术产品MPEG-4视频传输优于H.264:
新技术产品MPEG-4视频传输效率和质量实际上是高于或优于H.264技术的,关键是用什么技术产品进行比较。MPEG-4(SP)早期过时的技术已经被淘汰,H.264技术同这一技术比较实为不妥和不高明。
MPEG-4的升级版本主要由两部分组成,(1)视频解码器升级为微软的(WMV),(2)而音频各厂家差异很大,因此,音视频的同步性差异很大,主要是延时差异。
每种产品技术的发展都在每时每刻不断地向前发展,新的技术和手段都在不断地推陈出新。没有最好,只有更好是科学的发展规律。当H.264技术向前发展的同时,它本身是推动MPEG-4技术的发展,同时,又有新的MPEG-4技术展现在科技的前沿。
既然H.264属于MPEG-4中的一部分,所谓H.264超MPEG-4的说法和MPEG-4过渡到H.264的说法实为不妥。H.264标准被纳入MPEG-4的第十部分,也就是说它的技术不可能超出MPEG-4的标准范畴,只能说它在某一时刻和某种技术上具有它的特长。 (DVOL本文转自:中国DV传媒 http://www.dvol.cn)

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