我知道，我對與電子有關(guān)的所有事情都很著迷，但不論從哪個角度看，今天的現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），都顯得“鶴立雞群”，真是非常棒的器件。如果在這個智能時代，在這個領(lǐng)域，想擁有一技之長的你還沒有關(guān)注FPGA，那么世界將拋棄你，時代將拋棄你。

視頻壓縮

視頻數(shù)據(jù)是極其消耗存儲空間的，而且最可怕的是它還在不斷增長。一秒鐘的未壓縮4：2：2 NTSC視頻需要27MB的存儲空間，一分鐘就需要1.6GB！由于未經(jīng)處理的原始視頻占用非常高的專用帶寬，因此業(yè)界花費了很多的努力，只要有可能，就盡量避免傳輸未經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)。已經(jīng)開發(fā)出了一些壓縮算法，可以將傳輸NTSC/PAL視頻所需的帶寬從每秒數(shù)十兆降低到每秒幾兆，并且可以根據(jù)視頻質(zhì)量來調(diào)整帶寬的效率。

壓縮率高度依賴于要壓縮視頻的內(nèi)容以及使用的壓縮算法。有些編碼器，例如MPEG-4和H.246，具有分別對前景和背景信息進行編碼的能力，這樣就比將整幅圖像作為一個整體來處理具有更高的壓縮比。一些在空間上變化非常小的圖像（例如大塊的單一顏色區(qū)域），以及那些幀與幀之間相對比較靜態(tài)的視頻（例如慢速變化的背景）都是可以大比例壓縮的。另一方面，一些細節(jié)豐富的圖像和快速變化的視頻內(nèi)容將會降低壓縮率。

大多數(shù)嵌入式媒體處理開發(fā)人員傾向于將視頻編解碼器看作是”drop-in”的模塊，處理器供應商或第三方源代碼已經(jīng)專門針對該平臺做了優(yōu)化。換句話說，現(xiàn)在的大多數(shù)嵌入式多媒體設計員期望獲得視頻解編碼器，而不是從頭開始自己設計。這樣，他們主要關(guān)心的問題就變成了，在他們的應用中應該選用哪個編解碼器。我們簡單介紹一下下面這些較為流行的編解碼器。

選擇視頻編碼器不存在對錯，——它實際值取決于你的最終應用真正需要什么。如果內(nèi)容的來源、分發(fā)和顯示都得到了很好的控制，那么可以考慮使用具有專有權(quán)的編解碼器。這樣可以獲得很高的性能，而不用擔心受到標準組織的干預?；蛘?，如果你不愿意支付專利使用費，那么開源編解碼器就是非常有吸引力的替代方案。內(nèi)容保護、網(wǎng)絡流性能、比特率特性（恒速還是可變速率、編碼選項等）都是區(qū)分編解碼器的其他重要特征。另外也不要忘記考慮下面這些事項：你選用的媒體處理器連接的是哪種編碼器，具有多少種實現(xiàn)方式，它們的技術(shù)支持是否良好以及使用這些編解碼器的綜合成本如何（前期成本和單位成本）。

下表列出了一些流行的視頻編碼標準，以及各自的原始提出機構(gòu)，我們對每一個標準做一些簡單的介紹。

流行的視頻編碼標準

1、 MotionJPEG（M-JPEG）

雖然JPEG標準沒有專門包含M-JPEG，但是M-JPEG也提供了一種很方便的方法壓縮視頻幀，并且是在MPEG-1正式形成方法之前。實質(zhì)上，每一個視頻幀都是單獨進行JPEG編碼的，然后按順序存儲（之后解碼）壓縮后的視頻幀。

還有MotionJPEG2000編解碼器，它使用了J2K代替JPEG去編碼各個視頻幀。就像J2K代替了JPEG一樣，這個編解碼器也可能會取代M-JPEG。

2、H.261

這個標準是在1990年開發(fā)出來的，是第一個被廣泛使用的視頻編解碼器。該標準引入了將一幀圖像分割為16X16的“宏塊”的概念，跟蹤這些宏塊在不同幀之間的運動就可以計算出運動補償矢量。這個標準主要定位于在ISDN線路（px64kbps，這里p的范圍是1~30）上進行的視頻電話應用。輸入幀通常為30fps的CIF圖像，而輸出壓縮幀大約為10fps分辨率，傳輸速度為64~128kbps。雖然這個標準現(xiàn)在還在繼續(xù)使用，但幾乎已經(jīng)被其后繼者H.263、H.264所取代。

3、 MPEG-1

MPEG-1誕生于20世紀90年代初期，它提供了一種可以數(shù)字化的存儲音頻和視頻數(shù)據(jù)的方法，并能以大體相當于NHS（VIDEO HOME SYSTEM，家用錄像系統(tǒng)）的質(zhì)量恢復出來。這個編解碼器的目標是在CD-ROM上存儲視頻數(shù)據(jù)，具體來說，，基本目的是允許在容量為650~750MB的CD-ROM上存儲和回放VHS質(zhì)量的視頻，允許創(chuàng)建一個所謂的視頻CD（VCD）。組合起來的視頻/音頻比特流可以適應1.5Mbps的帶寬，這對應于當時從CD-ROM中和數(shù)字音頻磁帶系統(tǒng)中恢復出來的數(shù)據(jù)。

在更高的比特率下，MPEG-1在質(zhì)量上超過了H.261（對于CIF輸入幀，允許1Mbps以上的速率）。雖然CIF也用于某些源數(shù)據(jù)流，但一種稱為SIF的格式也許更流行。這是一種每幀有352X240像素的格式，大約相當于720X480 NTSC幀的一半。MPEG-1是專門為以每秒30幀的速度壓縮SIF格式逐行掃描視頻而開發(fā)出來的。和H.261相比，MPEG-1中增加了雙向運動預測和半像素運動估計。雖然現(xiàn)在有些比較頑固的人仍然在用MPEG-1創(chuàng)建VCD，但是和MPEG-2相比，已經(jīng)很少見了。

4、MPEG-2

由于受到跨多種終端市場需求的驅(qū)動，MPEG-2很快就超越了MPEG-1，并具有編碼比特率從1 Mbps到30Mbps擴展能力。這就為高性能應用（包括DVD視頻、標清電視和高清電視）打開了一扇大門。即使是在比較低的MPEG-2比特率下，最終的碼流質(zhì)量也要優(yōu)先于MPEG-1。

這個復雜的標準由10個部分組成，“視覺”部分也稱為H.262。MPEG-1主要目標在于CD和VHS質(zhì)量的視頻，但MPEG-2則實現(xiàn)了DVD質(zhì)量的視頻，輸入符合BT.601（NTSC720X480，30fps）的要求，輸出碼流速率范圍是4~30Mbps，這根據(jù)選擇的“性能配置”有所不同。MPEG-2既支持隔行掃描，也支持逐行掃描。

5、H.263

這個編碼器在視頻會議系統(tǒng)中應用非常普遍，在所有的比特率上都要優(yōu)先于H.261。輸入源通常為30fps的QCIF或CIF，在10fps下，輸出比特率甚至可以低于28.8kbps，這和H.261具有同樣的性能。因此，H.261需要在ISDN線路上傳輸，而H.263用普通的電話線就可以傳輸。H.263應用的終端市場包括視頻通話和網(wǎng)絡監(jiān)控（包括基于互聯(lián)網(wǎng)的應用）。

6、MPEG-4

MPEG-4是從H.263的基線開始，增加了一些改進。其主要的目標是網(wǎng)絡上傳輸?shù)牧魇蕉嗝襟w。因為網(wǎng)絡通常有些帶寬限制，所以一般來講，MPEG-4編解碼的輸入源是CIF及其以下的分辨率。MPEG-4允許對不同類型的對象選用不同的編碼方式。例如，靜態(tài)的背景紋理和移動的前景形狀就被區(qū)別對待，以便使整體的壓縮率最大。MPEG-4使用了幾種不同的性能配置，其中最流行的是“Simple”和“Advanced Simple”。Simple Profile適合于較低的視頻分辨率和較低的比特率，例如手機上的視頻流。Advanced Simple Profile主要用于較高的視頻分辨率和較高的比特率。

7、DV

DV是專門為消費類（隨后也包括專業(yè)類）視頻設備而開發(fā)的，它的壓縮策略本質(zhì)上與Motion JPEG相似，可以接收亮度和色度信息的BT.601采樣格式。在攝像機中，它的應用是相當普遍的，這種格式根據(jù)不同的比特率和色度下采樣策略，可以允許幾種不同的“播放”模式。DV通常在IEEE1934接口上傳輸，它的比特率可以從標清消費級設備常用的25Mbps擴展到高清視頻設備常用的100Mbps以上。

8、QuickTime

QuickTime格式由蘋果公司開發(fā)，包含了一組多媒體編解碼器和一些處理數(shù)字視頻、音頻、動畫、圖像和文本的算法。QuickTime7.0遵從MPEG-4和H.264標準。事實上，QuickTime文件格式作為ISO的MPEG-4標準的基礎，部分原因在于它提供了一種完全點對點的解決方案，從視頻捕獲、編輯和存儲，到內(nèi)容回放和分發(fā)，全都包括。

9、RealVideo

RealVideo是由RealNetworks公司開發(fā)的具有專利權(quán)的視頻編解碼器。RealVideo開始是作為PC上的低比特率的流媒體格式開發(fā)出來的，但是現(xiàn)在它也延伸到了便攜式設備市場中，也用于寬帶流媒體和手機基礎設施。RealVideo可以用于實時流，也可以用于下載文件之前的視頻點播預覽。RealNetworks將RealVideo和RealAudio捆綁在一起，RealAudio是它的專有音頻編解碼器，產(chǎn)生的一個RealMedia集成文件，可以用于PC上的應用程序RealPlayer播放。

10、Windows Media Video（WMV）

這個編解碼器是微軟公司開發(fā)的MPEG-4的變體。它也具有數(shù)字版權(quán)管理能力，可以控制如何瀏覽視頻內(nèi)容、復制、修改或重放。

11、Theora

Theora是一個開源、免專利使用費的視頻編解碼器，由Xiph.org基金會開發(fā)，該基金會已經(jīng)開發(fā)了若干個開源音頻編解碼器。Theora是基于VP3編解碼器開發(fā)出來的，后者是由On2Technologies向公共領(lǐng)域發(fā)布的。這個編解碼器主要是和一些低比特率的編解碼器競爭。

12、H.264

H.264也稱為MPEG-4第10部分、H.26L或MPEG-4AVC profile。實際上，這個標準是一個多方合作的象征，由ITU-T和ISO/IEC委員會共同定義出來的。H.264的目標是和前面的標準相比，要在保證合理的視頻質(zhì)量的前提下將比特率降低50%以上。該標準可以在很廣的比特率和視頻分辨率范圍內(nèi)工作。H.264在比特率上有了極大的降低，其代價就是實現(xiàn)的復雜度大幅增加。這種復雜度是的D-1格式的H.264編碼僅僅在高端媒體處理器中才有應用，通常還需要兩個分立器件來分擔處理任務。