【安防监控】视频编解码技术

　　随着数字多媒体的应用日渐广泛，视频解码在嵌入式系统设计中变成一个基本要素。视频标准有多种，依赖于产品可实施其中的一个或者多个标准。当然这不是全部，视频仅仅是多媒体码流的一部分，另外还有音频或者语音需要并行处理。因此，一个处理存储或数据流的同步层是必需的。此外，视频解码本身对性能要求较高，需要不同于先前基于语音和信息应用的系统架构；这就对便携系统提出了特殊挑战，而桌面应用同样面临这些问题。

　　视频编码技术是网络电视发展的初条件。只有高效的视频编码才能保证在现实的互联网环境下提供视频服务。除了ITU-T和ISO/IEC两个国际标准化组织制定的视频编码标准以外，美国微软公司和Real Network公司都有自己的视频编码标准。事实上，他们也是常用的网络电视标准。

　　通用视频标准和编解码器

　　联合视频组(Joint Video Team, JVT)由ITU的视频编码专家组(Video Coding Experts Group, VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(Moving Picture Experts Group, MPEG)组成。VCEG开发自愿性标准，用于会话和非会话类音/视频应用的先进移动图像编码。MPEG开发国际标准，用于移动图像、音频及两者组合的压缩、编码、解压缩、处理等，以满足各种应用。总之，JVT已经开发了包括ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG-4 AVC在内流行的视频标准。

　　MPEG-2 Video/H.262：MPEG2(ISO/IEC 13818-2)，也被称为ITU-T H.262，是目前消费类电子视频设备中使用广泛的视频编码标准。MPE2视频用于数字电视广播：包括地面、电缆和直接卫星广播。它能在25fps(Pal)或者30fps(NTSC)的固定帧率下达到720x576象素成像。此外，它也是DVD视频中的编解码器。

　　MPEG-4-SP/ASP：ISO/IEC 14496-2描述了MPEG4简单类(Simple Profile, SP)/简单类(Advanced Simple Profile, ASP)。其中，SP用于下一代便携式终端和窄带互联网。而ASP增加若干工具，编码效率提高了1.5到2倍。他们两个均在市场上获得越来越多的接受

　　MPEG-4-AVC/ITU-T H.264：先进视频编码(AVC)是由ISO/MPEG和ITU-T联合技术委员会开发的多媒体标准。AVC提供更高的压缩率，更好的视频质量和比MPEG2更高的容错性，有望用于互联网广播和移动通讯。

　　Windows Media Video(WVM)/SMPTE VC-1：WMV9是微软的多媒体标准，其特性包括支持流处理，可变比特率，以及与MPEG-4-AVC/H.264相媲美的容错工具。除了用于家庭电脑，WMV9目前也在电影院用于数字投影。电影中使用的编码可以是7~12Mbps的恒定比特率CBR或可变比特率VBR，并达到DVE解析度(720x480)。

　　当仅用于播放音频时—如典型的MP3播放器，也可使用单DSP解决方案。此系统中DSP进行音频解码、文件/流数据处理，还同时控制键盘、显示屏和存储器等。由于DSP处理音频解码更为高效，因此使用如ZSP400 DSP而非微控制器可以显著降低功耗。此外，基于DSP的解决方案可进行软件升级，以支持运算更为密集的音频标准(比如aac Plus)，此时微控制器可能无法处理额外增加的负荷。

　　视频移动电话：该类应用的视频尺寸是QCIF或者CIF，帧率从10到30帧每秒。是否需要支持多种视频/音频解码标准取决于电话的功能要求。视频将是流视频或者短的视频序列回放。通过软件解码而无需额外硬件，既可满足这些设备的性能要求。而且大多数的电话集成了微控制器和DSP，因此视频解码可通过DSP实现，这也使得低功耗精巧系统成为可能。另外一些电话可能包含PMP或者数码摄像机的一些功能，单纯的DSP设计方案无法满足要求，这就需要额外的硬件加速。

　　视频桌面电话：该设备提供视频会议功能，需要在强实时限制下完成编解码。如果帧尺寸和帧率有限，单DSP解决方案仍然可行。然而，大部分桌面电话具备QVGA或者更大的显示屏；此外，用户通常期望有比无线移动设备更佳的语音/视频质量。这意味帧率应当更高，掉帧率/卡帧率应当尽可能低，此时可能需要采用硬件解决方案完成视频编解码。语音编解码可通过低成本的DSP(如ZSPneo)或者系统中的微控制器实现。

　　移动数码摄像机(DVR)：对于该类设备，多标准编解码没有必要，大多数仅使用单一视频编解码标准。由于大尺寸，高帧率和低功耗的苛刻要求，纯硬件解决方案通常是选择。而不需要DSP，此时系统微控制器用于驱动视频和音频硬件模块。

　　机顶盒：机顶盒需要完成高质量视频流的处理和已录制的视频文件的解码。同DVR一样，视频质量的要求(帧尺寸，帧率，比特率和容错能力)使其几乎只能通过硬件解码来进行。当然，因为不像移动设备对功耗要求那样苛刻，也可采用多DSP核配合一些基本的硬件加速的方案来设计可处理各种视频编解码器的系统。根据功能要求，机顶盒可能需要一定的灵活性：尤其是将其用于媒体播放器、数字VCR或网络流媒体领域。这时可用DSP中的软件处理音频。为了实现这种灵活性，要选择不同的编解码器完成回放、编码、译码等功能，此时用于音频处理的DSP将会是如ZSP500这样的高性能处理器，以实现迎合家庭影院潮流的环绕声、声音处理等功能要求。

　　嵌入式系统的设计取决于特定的目标应用。软件灵活性、功耗和性能的综合考虑决定配置方案。应用很广泛，解决方案则反映了不同应用的需求。一些应用需要低功耗而其他需要灵活性和/或高性能。DSP可提供良好的性能和低功耗，同时可增加灵活性；适合于各种应用。由于整个多媒体解决方案(音/视频编解码和音/视频同步)可作为单一模块轻松集成至现有和新系统中；这将使大量复杂问题得到一次性解决并在以后可多次重用，从而降低了使用多媒体模块的系统的开发成本和总体开发时间。