視頻編碼技術是一門非常復雜的信息科學，視頻監(jiān)控技術就是基于視頻編碼技術并將之實用化的應用科學，安防監(jiān)控中常用的視音頻編碼器就是典型的視頻編碼技術應用載體。本文結合目前市場上主流的編碼器產品，對視頻編碼的關鍵參數進行解析，并簡要描述它們之間的關系。

    視頻編碼技術是一門復雜的信息科學，其本質是將一種數碼信息形態(tài)轉換成另一種便于傳輸和保存的形態(tài)。在其實現過程中，需要采用很多復雜的算法和變換，涉及眾多參數。但在視頻監(jiān)控應用中，為盡可能實用化和便利化，產品設計者往往將眾多復雜參數進行搭配組合，形成幾個或幾類主要參數。本文主要目的就是對這幾類參數進行分解說明，并探討各種參數所起的作用和相互關系。

    目前主流的視頻編碼器的各種參數中與視頻直接相關的歸納起來有六類，分別是分辨率、位率、位率類型、碼流類型、圖像質量和幀率。下面分別解釋其作用和用途。

分辨率
    分辨率表示圖像的尺寸大?。ɑ蛳袼財盗浚?，用于設置錄像的圖像尺寸。在監(jiān)控中常用的分辨率有CIF、2CIF、DCIF和4CIF這幾種，其具體的尺寸參見表1。

    用戶根據對圖像清晰度的要求來選擇相應的分辨率，通常而言，分辨率越高，錄像的數據容量越大，相應的硬件成本也會越高。

位率
    位率又稱為“碼率”。指單位時間內，單個錄像通道所產生的數據量，其單位通常是bps、Kbps或Mbps。可以根據錄像的時間與位率估算出一定時間內的錄像文件大小。

    位率是一個可調參數，不同的分辨率模式下和監(jiān)控場景下，合適的位率大小是不同的。在設置時，要綜合考慮三個因素： [nextpage]
1、分辨率
    分辨率是決定位率（碼率）的主要因素，不同的分辨率要采用不同的位率，它們之間的關系如圖1所示。
總體而言，錄像的分辨率越高，所要求的位率（碼率）也越大，但并不總是如此，圖1說明了不同分辨率的合理的碼率選擇范圍。所謂“合理的范圍”指的是，如果低于這個范圍，圖像質量看起來會變得不可接受；如果高于這個范圍，則顯得沒有必要，對于網絡資源以及存儲資源來說是一種浪費。

2、場景
    監(jiān)控的場景是設置碼率時要考慮的第二個因素。在視頻監(jiān)控中，圖像的運動劇烈程度還與位率有一定的關系，運動越劇烈，編碼所要求的碼率就越高。反之則越低。因此在同樣的圖像分辨率條件下，監(jiān)控人多的場景和人少的場景，所要求的位率也是不同的。

3、存儲空間
    最后需要考量的因素是存儲空間，這個因素主要是決定了錄像系統(tǒng)的成本。位率設置得越高，畫質相對會越好，但所要求的存儲空間就越大。所以在工程實施中，設置合適的位率即可以保證良好的回放圖像質量，又可以避免不必要的資源浪費。

位率類型
    位率類型又稱為碼率類型，共有兩種——動態(tài)碼率（VBR）和固定碼率（CBR）。所謂動態(tài)碼率是指編碼器在對圖像進行壓縮編碼的過程中，根據圖像的狀況實時調整碼率高低的過程，例如當圖像中沒有物體在移動時，編碼器自動將碼率調整到一個較低的值。但當圖像中開始有物體移動時，編碼器又自動將碼率調整到一個較高的值，并且實時根據運動的劇烈程度進行調整。這種方式是一種圖像質量不變，數據量變化的編碼模式。

    固定碼率是指編碼器在對圖像進行編碼的過程中，自始至終采用一個固定的碼率值，不論圖像情況如何變化。這種方式是碼率量不變，而圖像質量變化的編碼模式。

    在動態(tài)碼率模式下，我們在硬盤錄像機上設置的位率值稱為“位率上限”。意思是我們人為設定一個編碼碼率變化的上限，可以低于，但不能高于。根據這個位率值，我們可以估算出一定時間內的存儲容量的上限值。

    在固定碼率模式下，在硬盤錄像機上設置的位率值就是編碼時所使用的位率值，根據這個數值，我們可以精確地估算出一定時間內的存儲容量。

碼流類型
    所謂碼流指的就是編碼器在對圖像進行編碼的過程中所產生的數據流。為了方便對這個數據流進行量化評估，所以產生了“位率（碼率）”這個概念。

    碼流類型根據所包含的數據類型，可以分為三種：復合流、視頻流和音頻流。因為DVR的主要目的是記錄圖像，因此在DVR的設置菜單中并沒有“音頻流”這一項。

·復合流：指包含了視頻和音頻數據的碼流，在這個數據流中，通過時間戳確保視頻和音頻的嚴格同步，避免出現回放時的口型不對的情況；
·視頻流：只有視頻數據的碼流；
·音頻流：只有音頻數據的碼流。 [nextpage]

圖像質量
    圖像質量參數只有在位率類型選擇為“變碼率”時才有效。

    變碼率狀態(tài)下，圖像質量參數對編碼器的取值范圍進行微調，共有六檔可選，分別是：最好、次好、較好、一般、差、較差。圖像質量參數設置得越好，編碼器在生成碼流的過程中，所取的值就會越高，即最終得到的錄像數據量越大。例如，將圖像質量設置為“最好”，那么實際錄像碼率是接近或達到碼率的上限。

    圖像質量參數對最終的圖像效果并不起決定性作用，它只是通過對動態(tài)碼率的取值策略進行微調來間接調整。

幀率
    幀率表示單位時間內，從圖像中所能獲取的完整圖片數量，單位是fps（幀每秒）。

    上面詳細介紹了與視頻編碼相關的6個參數，下面簡要介紹它們與回放質量間的關系。

    首先引入一個概念——回放效果。所謂回放效果就是使用人的肉眼在顯示設備上看到的錄像回放圖像，并對之產生相應的主觀評價，稱之為回放效果。也就是說，與“圖像清晰度”、“圖像質量”等概念不同，“回放效果”是一個主觀性很強的評價標準。

    在建設視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，用戶最為關心的效果之一就是回放效果?；胤判Чc很多環(huán)節(jié)有關，例如攝像機的采集效果（線數、信噪比等）、傳輸效果（傳輸線路質量、干擾程度）、編碼質量（碼率大小、分辨率大小等）、顯示設備的顯示效果（顯示分辨率、顯示質量等）?；胤判Ч且粋€廣義的概念，它與圖像的清晰度、流暢性、連貫性有關，有時甚至與實時性有關。在這里，只討論編碼質量對回放效果的影響。

    從視頻編碼的角度出發(fā)，回放效果好的標準要符合兩個條件：首先是圖像所包含的信息量要充分，就是說要確保用戶盡可能多地獲取現場的信息；其次是盡可能確保畫面中的細節(jié)清晰。

    在上文介紹的六個參數中，與回放效果直接相關的參數有三個——分辨率、碼率、幀率。分辨率和幀率主要是確保圖像信息量充分，碼率則主要是確保畫面細節(jié)清晰。它們之間的關系可以用一個代數式來表示，假設：回放效果=P，分辨率=x，碼率=y，幀率=z，那么有下面的關系式： P= f（x ，y ，z） 

    首先看分辨率。從通常的認識來說，分辨率越高，圖像質量越好，分辨率越低，圖像質量越差。但如果拋開了碼率來談的話，上述觀點是站不住腳的。實際上為了獲得好的回放質量，除了提高分辨率以外，更重要的還要同時提高編碼碼率，否則效果可能適得其反。

    其次看碼率。一般而言，碼率越高，圖像質量相對越好，碼率越低，圖像質量相對越差，但這個說法也只在一定范圍內成立。所謂的范圍，就是圖1中所標示的碼率范圍，因為圖像質量的提升并不與碼率的提升成線性關系。

    最后看幀率。事實上，幀率對圖像質量并不起直接的作用，幀率的高低只是影響圖像的連貫性。在某些場合下，圖像的連貫性也會被作為回放效果的評測標準之一（注意回放效果與圖像質量的區(qū)別）。[nextpage]但在某些特殊情況下，通過調整幀率，也能在有限的碼率下獲得好的圖像質量。例如在ADSL線路上傳輸圖像，上行帶寬只有512Kbps，但要傳輸4路CIF分辨率的圖像。按照常規(guī)，CIF分辨率建議碼率是512Kbps，那么照此計算就只能傳一路，降低碼率勢必會影響圖像質量。那么為了確保圖像質量，就必須降低幀率，這樣一來，即便降低碼率也不會影響圖像質量，但在圖像的連貫性上會有影響。
最后，本文討論一個經常被提起的問題——碼流是如何產生的呢？

    這就要從數字視頻監(jiān)控的最基礎概念說起。眾所周知目前的錄像和存儲技術是基于數字技術發(fā)展起來的。但視頻圖像是屬于模擬技術的領域，那么數字視頻監(jiān)控就是解決從模擬信號到數字信號轉換、存儲和傳輸的技術。

    模擬圖像信號要經過模數轉換的過程才能形成數字信號，這個過程稱之為“A/D轉換”，或稱之為“采集”過程。經過采集，模擬信號已經“變成”數字信號了，是不是就可以直接進行存儲和傳輸了？答案是否定的，因為這個時候的數字信息容量特別巨大，例如，以CIF分辨率，25幀/秒進行采集，1個小時的數據量就達到25.5GB。也就是說，一塊1TB容量的硬盤只能錄制不到兩天的錄像，這樣的成本是誰也承受不起的，因此需要對A/D轉換后的數據進行壓縮。

    所謂壓縮就是采用特定的算法，將一種數據類型轉換為另一種形態(tài)，轉換后的數據量要小于轉換前的數據量。視頻壓縮就是采用某種視頻壓縮標準（例如H.264、MPEG4等）將采集得到的原始圖像數據流進行壓縮，得到最終所需要的產品——錄像數據。

    壓縮算法有個特點——它是可逆的。如果對壓縮算法進行逆運算，可以還原出它壓縮前的狀態(tài)，這個過程在視頻編碼技術中稱之為“解壓縮”或“解碼”。所看到的錄像回放就是解壓縮的結果，這個過程類似于在電腦中對某個文件進行壓縮，然后又解壓縮還原。如圖2、圖3所示：

    但與電腦中對文件進行壓縮的過程不同，視頻解壓縮的過程并不能100%還原出圖像的原始狀態(tài)，只是盡可能完整地還原出原始圖像。還原越完整，說明采集和編碼過程中丟失的信息越少，看到的圖像質量就越好，所需要的數據量就越大。解碼還原越不完整，說明采集和編碼過程中所丟棄的信息越多，看到的圖像質量就越差，但是所需要的數據量就越少。
這個過程就體現在錄像碼率的設置上。當設置的錄像碼率越高，說明壓縮編碼的過程中保留的信息越多；錄像碼率越低，說明壓縮編碼的過程中丟棄的信息越多，這是一個量化控制的過程。 (作者：廣東省從化市公安局 郭軍)