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MJPEG和MPEG-4双模技术与市场商机

双模技术的源起

世界第一的网路摄影机品牌来自于瑞典AXIS(市场占有率69%,Frost & Sullivan,2001),于五月的英国IFSEC展览上正式对外发表了全球第一台双模网路摄影机AXIS 210,正式揭开了Motion JPEG与MPEG-4双模时代的来临,也结束了两种压缩技术长久以来孰优孰劣的口水战争。

根基于瑞典AXIS公司最新推出的ETRAX系统晶片与ARTPEC-2视讯压缩晶片,AXIS 210网路摄影机具备以Motion JPEG与MPEG-4(Part 2, Advanced Simple Profile at level 5) 两种压缩模式同时提供服务之能力,并且在任何解析度下(最高640x480像素)皆可达到每秒30幅影像的处理效能。

Motion JPEG与MPEG-4压缩技术比较

在过去,Motion JPEG(以下简称MJPEG)与MPEG-4是两种最常被大家讨论与应用的压缩技术,两种技术各有其优缺点。

1、MJPEG

原理

MJPEG是一种基于静态图像压缩技术JPEG演变而成的动态图像压缩技术。MJPEG能生成序列化的运动图像,过程中不考虑视讯流内不同画面之间的变化,只单独针对各画面进行压缩,此种压缩方式非常适合静态画面,解析度可从352×240、704×480到1280x1024。传统JPEG压缩技术是直接处理整个画面,必需等到整个压缩档案传输完成才开始进行解压缩成影像画面,这样的方式造成传输一个高解析画面时须花费数十秒甚至数分钟。基本上,影像的播放只要能达到每秒钟30个画面,看起来就会平滑顺畅。

优势

新的MJPEG是采取渐层式传输技术,先传输低解析图档,然后再补送细部资料,使画面品质改善到最佳。MJPEG压缩技术可以获取清晰度非常高的影像,而且在每秒任何幅数下皆可任意自订画质与解析度。因其压缩后之格式可截取单一画面,所以可以任意剪接。MJPEG因采用画面内压缩方式也适用于视讯编辑。因为MJPEG采用的是简单压缩动作,观看端不需进行解压缩,只需将串流视讯切割播放,所以并不会消耗太多硬体资源,可达到影像低延迟效果。因MJPEG属于开放格式,无版权费用问题,故开发与使用的厂商众多。

缺点

相较其他压缩格式,压缩效率低是MJPEG的主要缺点(参见图四),MJPEG演算法系根据每一画面图像的内容进行压缩,而不是依据相邻画面图像间的差异来进行压缩,因此造成了大量冗余资讯被重复存储,没有动作发生仍占用频宽,储存占用的空间大到每画面8~15K位元组,最好的状况也只能做到每画面3K位元组,但如果因此而采用高压缩比则视讯品质会严重降低。此外,MJPEG并不支援语音同步传输。

2、MPEG-4

原理

根基于MPEG-1/MPEG-2压缩技术,MPEG-4是专为行动通信设备(例如第三代行动通讯)在网际网路上进行即时传输音/视讯讯号而制定的最新MPEG标准。特色为基于画面重建演算法来压缩和传输动作指令与资料,通过动态监测图像每个区域的变化,按物件的空间和时间特征来调整压缩方法,从而可以获得比MJPEG更大的压缩比,并且在有限且低频宽下有更佳的影像品质。

优势

MPEG-4可使用现有的传输层标准,包含MPEG-2 Transport Stream传输,MPEG-4串流可经由现有的MPEG-2设备传输,使得MPEG-4在广播市场上具备了更大的发展性;其次则为IP网路传输,MPEG-4串流可经由IP网路传输。

MPEG-4在压缩技术上和前二代标准有很大的不同,MPEG-1 和 MPEG-2 压缩原理是将视讯画面切割为较小的块状单位,再就其重复的部分处理,而 MPEG-4 会将视讯画面分析为前景、背景,只要记录动态图像的轨迹即可,因此在压缩量及品质上,能较 MPEG-1 及 MPEG -2 来得更好,每秒动态资料处理速率弹性更大。

MPEG-4新增工具以增加程式运算效能,其高压缩能力倍数为200倍(静态图像可达800倍),解析度可从320×240到1280×1024像素,应用目标系针对低频宽传输、高画质压缩、互动式操作以及将自然物与人造物相融合的表达方式,同时MPEG-4所拥有的影像单元是依解码端的能力而定,让各种高影音产品的应用服务不受传输速率的影响,达到广泛的适应性和可扩展性。

缺点

由于MPEG-4演算法复杂,所以在某种程度上存在着影像干扰和画面扭曲失真的情况。再者,因为采用画面间压缩技术,当物体呈现运动状态时,MPEG-4格式不会立即反应传输,从而延迟较MJPEG严重。

MJPEG最大问题是需要占用较大的储存空间和频宽,但这种压缩技术在DVR产业仍然是主流。而且随着网路和电脑技术的发展,硬碟容量和网路频宽尚在不断增涨。如果容量和频宽问题能得到解决,使用者便会将焦点放在影像的画质,而MPEG压缩技术方式在这一方面并不具优势。并且,MPEG压缩技术所录制的图像目前在欧美市场尚不能作为可靠的法庭证据。

MPEG-4目前有非常多的版本与等级,任意两个MPEG-4标准不一定可以相容,无形中增加了整合与开发上的成本,并且,压缩与解压缩过程都需要支付授权费用。

应用与市场商机

双模网路摄影机同时具备MJPEG与MPEG-4的优点,并且因为可以交叉同时运用,所以可利用彼此优点弥补相对应缺点。

除了与MJPEG相同的单点传送(Unicast)方式之外,MPEG-4同时支援单点传送(Unicast)与多点传送(Multicast)双重传输方式。在区域网路中,配合支援多点传送(Multicast)的路由器与交换器,以MPEG-4观看并不会因为摄影机数量扩充或是观看人数提高而增加网路流量,有效达到区域网路内的即时影像广播目的,MPEG-4的网路架构参见图八。如果是针对网际网路上的观看者,使用MJPEG搭配即时影像广播技术,即可针对上千人同时传送动态影像。

在频宽稳定的前提下,以MPEG-4观看可以大幅节省网路传输频宽,MPEG-4压缩模式非常适合在可利用频宽有限制但又需要较高的每秒幅数时应用,例如:交通流量监看。如果频宽足够状况下,以MJPEG观看可维持高品质影像,例如:金库、柜台或重要出入口。

录影方面,为节省硬碟容量,您可以选择MPEG-4格式进行录影,另外,在警报触发或是位移侦测发生时,以MJPEG格式储存更重要的影像。

结语

Motion JPEG与MPEG-2原是业界常用且建议的两个规格,他们是众所皆知、广泛应用且国际标准的高品质视讯,然而随着MPEG-4标准化与压缩技术的快速增长,取代MPEG-2成为市场主流指日可待。AXIS发展出以Motion JPEG录影结合MPEG-4观看的双模产品,在未来的监控市场上将大有潜力,也见证了双模时代的来临。


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