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罗索

高清视讯系统技术白皮书

罗索客 发布于 2009-10-10 16:27 点击:次 
高清晰视讯系统是相对于标准的H.323、H.320系统而言的,2002年以前,几乎所有的视讯系统的活动图像都是采用的CIF格式(352×288像素),2002年以后,国内的部分厂商提出高清的概念。
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高清晰视讯系统是相对于标准的H.323、H.320系统而言的,2002年以前,几乎所有的视讯系统的活动图像都是采用的CIF格式(352×288像素),2002年以后,国内的部分厂商提出高清的概念。

1、高清晰视讯的概念:

高清晰视频的定义:采用4CIF格式(704×576像素)的活动图像,实现逐行扫描。

高清晰视讯系统:视讯会议是一个系统,而不是一两款简单的产品,如视讯会议中,一个完整的终端系统至少要包括视讯终端本身、摄像机、显示设备、麦克风等外设。所以,仅仅有高清晰视频终端,并不一定真正得到高清晰的图像享受。所以,一个真正的高清视讯系统不仅要采用具备高清性能(支持动态4CIF图像)的终端和MCU设备,还必须采用支持高清晰输入或显示的摄像机和电视机等外设系统。

数据高清晰:这是有高清视讯系统引申出来的一个需求,视频和数据的协同变得日益重要,如在传送会场图像的同时共享电脑文档、PPT胶片等,目前已经有一些比较成熟的技术用于解决这些问题,如H.239双流技术、桌面传送技术等,这些技术允许在传送会场图像的同时,将电脑PPT胶片等静态图像发送到远端会场,远端会场一般通过VGA接口输出到SXGA显示器或投影仪等显示设备上。数据高清晰就是要求这些数据信息(电脑桌面、PPT胶片、文档内容等)的显示清晰度达到1280×1024的清晰度(目前高档SXGA显示器的清晰度)。

在中国市场上,目前有几个因素导致了高清系统的存在:1、带宽价格逐步降低,使普通用户使用高带宽成为可能;2、高清晰显示设备逐步普及;3、部分用户追求更好的视频享受;4、视讯应用的普及。高清视讯系统采用的4CIF的图像,清晰度确实有一定的提高,对于一些需要清晰描述细节的应用有比较大的吸引力。

2、视讯高清晰视讯系统的标准

可以看出,高清晰视讯系统本身只是对动态图像一种清晰度标准,对实现标准并没有严格的定义,目前用于实现高清晰视讯会议系统的标准主要有H.263/H.264、MPEG-2、MPEG-4等。

H系列的会议电视标准是ITUT(国际电联)专门为会议电视应用制定的标准,其解决了会议电视的最重要的图象质量、会议功能、会议的实时性、系统的稳定性方面的要求。H.264是H系列标准的最新成果,是目前最先进的编码标准。

MPEG2标准来自于ISO(国际标准组织),完成于1994年。主要针对于与数字电视广播直接有关的应用。主要分为系统、视频及音频三个部分。该标准主要定位用于视频的广播和存储,如广播电视系统或VCD,MPEG2/MPEG 4会议电视产品是其他MPEG产品的应用变形。H系列与MEPG系列视频标准的关系如下所示:

 

视频压缩标准H.26X和MPEG-X

如图所示,视频压缩国际标准主要有由ITU-T制定的H.261、H.262、H.263、H.264和由MPEG制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4,其中H.262/MPEG-2和H.264/MPEG-4 AVC由ITU-T与MPEG联合制定。视频压缩系列标准H.26X主要用于视频通信应用中,例如,基于ISDN网络的H.320框架标准的视频标准为H.261、H.262和H.263,基于LAN网络的H.323和基于PSTN网络H.324框架标准中的视频标准为H.261和H.263。视频压缩系列标准MPEG X主要用于视频存储播放应用中,例如,如广播电视和VCD/DVD中的视频压缩标准为MPEG-2。虽然MPEG-2是ITU-T和ISO联合制定的,但是本身在处理交互式通信效果不如H.263等,所以在视讯会议中几乎没有应用。

(1)、基于ITU-T H系列国际标准的高清晰会议电视

国际ITU-T会议电视的标准有H.261、H.263和最新的H.264,H.263是90年代中推出的较为成熟和高效率的视频编码标准,采用基于对象的编码理念,即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象,在算法和效率上,H.263和MPEG-4较为类似,但突出了纠错能力和交互式应用,目前的视讯系统大多基于H.263协议。

H.264/AVC 是ITU-T VCEG 和ISO/IEC MPEG共同开发的视频处理标准,两大组织为了统一视频编码标准组成了联合视频组(JVT,Joint Video Team),ITU-T作为H.264,ISO/IEC作为国际标准14496-10(MPEG-4 第10部分)高级视频编码(AVC)。H.264/AVC相对以前的编码方法,在图像内容预测方面提高编码效率,采用可变块大小运动补偿、1/4采样精度运动补偿、加权预测等算法,改善了图像质量,H.264/AVC具有强大的纠错功能和各种网络环境传输的适应性。H.264/AVC是目前业界公认比较优秀的视讯标准,业界主流视频会议系统厂家纷纷推出基于H.264的产品。

(2)、基于MPEG-2协议的高清晰会议电视系统

MPEG-2视频编码标准是国际运动图像专家组推荐的用于广电系统传输电视节目的标准,已有10多年的历史了,由MPEG-1扩充而来。采用MPEG-2标准传输一套普通电视节目需要6M~8M的带宽,对于体育等图像要求高的节目则需要更高的带宽,当带宽在6M以下时,虽然也可以传输,但帧率和图像质量会降低较快。

因此MPEG-2会议电视系统的主要特点是,当传输带宽较宽且传输质量有良好保证时,通过消耗带宽可以获得较好的图像质量。但是MPEG-2无论在带宽利用、容错能力、互通性等多个方面都存在较多问题:

通常广电系统在传输电视节目时,采用的是45M/34M的DS3传输线路,以保证较好的传输质量。 MPEG-2用户会议电视系统存在较多的不足之处,在组建会议电视时,通常都是采用4条E1同步捆绑的方式,使得线路稳定性大为降低,而MPEG-2协议对传输系统发生丢包的纠错能力较欠缺,这也导致MPEG-2会议电视系统稳定性相对较差,虽然不少厂家有自动升降速、断线保护等技术,但对图像的影像仍然难以消除。

其次,MPEG-2比较适合单向广播,用于会议电视时延较大,在对话时需要较长的等待,因此不太适合需要多方交互等场合。

另外,MPEG-2会议电视由于不是业界视讯标准,和现有会议电视网无法互通,加上各厂家都采用自己的私有协议,导致MPEG-2方案缺乏替代性,后续扩容成本据高不下,后续的发展也受制于人。

(3)、基于MPEG-4协议的高清晰会议电视系统

MPEG-4是国际运动图像专家组(MPEG)推出的一种图像编解码标准,MPEG-4采用基于对象的编码理念,即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象,分别编码后,再经过复用传输到接收端,然后再对不同的对象分别解码,从而组合成所需要的视频和音频,采用MPEG-4用在会议电视在低带宽的情况下较MPEG-2有一定的优势,但随着带宽增高图像提升不明显,整体特性和H.263相差无几,MPEG-4主要是应用于视频播放点播领域,在双向通讯时对纠错能力考虑较少。目前市面上的MPEG-视频会议系统大多基于服务器+软件构架,稳定性和处理性能明显不如硬件构架的视频会议系统。

以下是各种算法的比较:

 

可以看出,在图像编解码效率上,H.264算法最为领先,MPEG-4和H.263算法基本相同,MPEG-2算法效率最低。在同样的图像清晰度要求(PSNR- Power Signal-to-noise Ratio,信号-噪声功率比)下,H.264所需要的带宽比MPEG-2节省将近一半。同样,不论在高带宽、还是低带宽,H.264的清晰度(PSNR值)都远远大于其他编码标准。

由于H.264在图像压缩率、图像清晰度、容错能力、网络适应能力等各方面的优异性能,H.264不仅成为目前视讯会议最主要的实现标准,过去采用MPEG 2/MPEG 4实现视讯会议的厂商纷纷向H.264转型。H.264正逐步被广泛应用于广播、存储、下一代DVD、HDTV、监控等各个领域,将逐步替代H.263、MPEG 2、MPEG 4等视频编码标准。

因此,基于H系列,尤其是H.264实现高清晰实现会议是一个必然的趋势。

H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的增加,其编码的计算复杂度大约相当于H.263的三倍,解码复杂度大约相当于H.263的两倍。因此,尽管所有厂商都对H.264格外重视,但是真正能支持2M H.264处理能力(随着带宽越来越低廉,2M的H.264应用日益成为一个应用门槛)的产品并不多。

(佚名)
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本文出处:3COM 作者:佚名
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