视频编码器的结构与原理

2019-06-27 美菲特品牌 0

视频编码器是一种将采集来的信息与数据经过编码后转化为机器可以识别的代码的器件。高清视频编码器有HDMI编码器、SDI编码器等。包括在监控系统中，视频解码器有着很重要的地位，那么视频编码器原理你知道吗？估计很多人都不清楚，所以今天我们就讲讲视频编码器原理。

在说视频编码器原理之前，我们先了解一下视频编码器的结构。
视频编码器由功能模块板组成，每个功能模块都插在一块底板上，通过底板互相连接构成系统，并通过机箱后面的接口板与其它设备相连接。接口/显示板具有数字视频信号的串、并行输入口，并通过与复用器接口的连接，和复用器和数字压缩系统监控电脑进行通信。
模块板的功能
接口/显示权（Interface板）接收串、并行输入的数字视频信号以及LCD显示。
格式板（Format板）将A/D转换器输出的数字亮度、色度信号Y、Cb、Cr转换为MP@ML格式的视频信号。
像素板（Pixel板）进行帧预测（Frame Prediction）和场预测（Field Prediction）。场预测是利用前面解出来的场的数据对当前作独立的预测；帧预测是利用前面解出来的帧的数据对当前帧作预测。

DCTQ板以图像数据进行DCT离散余弦变换和量化。对8像素×8行的图像块进行DCT变换，产生图像块的DCT系数。量化是将每个DCT系数的比特数目减少的过程。
水平/分类板和矢量板（Horizon & Vector 板）进行运动估计（Motion Estimation）和运动补偿（Motion Compensation）。运动估计是对运动物体的位移做出估计，即对运动物体从上一帧（场）到当前帧（场）位移的方向和像素数做出估计，也就是求出动运矢量。运动补偿即根据运动矢量计算出预测误差。
管理/可变长度编码板（Regul板）对量化后的DCT系数进行可变长度编码VLG。可变长度编码是利用量化后的DCT系数的统计特性，对频繁出现的值指配短码字，而用较长码字传送不频繁出现的值，使总的比特数减少，实现有效的降比特率。同时与复用器连接，从复用器中读取许多重要信息。例如：PES流中的一些重要参数，如stream id、copyright、original copy、PES priority的设定值是在开机时由复用器提供的，每秒从复用器接收程序参考时钟PCR90000次，用来形成共同的系统时钟，确保系统正确同步。另外，管理编码器的输出，当接收到复用器输入缓冲发生溢出的信号时，控制编码器停止输出，直至复用器可以接收数据，以防止数据丢失从而造成图像的损失。
知道了视频编码器的结构后，再来了解视频编码器原理。
视频编码器原理
从接口板输入的数字亮度、色度信号Y、Cb、Cr，经格式板转换为MP@ML格式的视频信号，再经DCTQ板将原始图像与经运动估计、动动补偿计算出的预测误差值所生成的差分图像数据进行DCT变换和量化，再经管理/VLC板进行VLC编码生成输出的PES流。
软卡的电路板很简单，板上没有压缩芯片与临时存储芯片，成本低，一般是硬压缩的1/3左右，所以价格是它最大的优势，另外从原理我们可以看到，软压缩DVR是有CPU进行压缩的，所以其压缩品质较好，录像清晰度高，在CPU资源充足的情况下，软压缩DVR无论在录像、还是网络以及其他功能丝毫不亚于硬压缩DVR。

硬压缩DVR，也可称视频采集压缩卡，与软压缩原理基本一样，不同的是，模拟视频转换为数字信号后，并不直接通过PCI发到主板、显卡、内存，而是先由硬压缩DVR卡自带的DSP代替电脑CPU执行压缩算法指令，在DVR卡上的内存芯片压缩，然后再通过PCI金手指进入主板。所以硬压缩DVR电路板多了DSP或其他压缩芯片与内存芯片。所以硬压缩DVR的主要优势主要表现在大路数监控，比如32路以上全实时监控录像，软压缩难以实现，这个市场缺口就可以被硬压缩所占有。
优势在于：
1、视频压缩通过自带DSP完成，无需占用电脑CPU资源；
2、在进入PCI总线之前先进行压缩，可以节省PCI总线带宽。但是由于目前CPU性价比迅速增长，非常便宜的CPU就能轻松的压缩16路CIF视频，导致硬卡优势1正在逐步退化，另外随着主板上PCI-E的出现，硬压缩能节省PCI带宽的优势也在弱化并最终失去意义。而它的主要缺点就是在于卡上自带的DSP芯片使其成本非常高；
3、数字视频先在DVR卡上进行压缩，然后又要将压缩视频解压缩后交给显卡显示器预览显示，其实大家都不知道，这个过程会导致视频信号受损，图像品质会下降。

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