视频编码技术是一门非常复杂的信息科学，视频监控技术就是基于视频编码技术并将之实用化的应用科学，安防监控中常用的视音频编码器就是典型的视频编码技术应用载体。本文结合目前市场上主流的编码器产品，对视频编码的关键参数进行解析，并简要描述它们之间的关系。

    视频编码技术是一门复杂的信息科学，其本质是将一种数码信息形态转换成另一种便于传输和保存的形态。在其实现过程中，需要采用很多复杂的算法和变换，涉及众多参数。但在视频监控应用中，为尽可能实用化和便利化，产品设计者往往将众多复杂参数进行搭配组合，形成几个或几类主要参数。本文主要目的就是对这几类参数进行分解说明，并探讨各种参数所起的作用和相互关系。

    目前主流的视频编码器的各种参数中与视频直接相关的归纳起来有六类，分别是分辨率、位率、位率类型、码流类型、图像质量和帧率。下面分别解释其作用和用途。

分辨率
    分辨率表示图像的尺寸大小（或像素数量），用于设置录像的图像尺寸。在监控中常用的分辨率有CIF、2CIF、DCIF和4CIF这几种，其具体的尺寸参见表1。

    用户根据对图像清晰度的要求来选择相应的分辨率，通常而言，分辨率越高，录像的数据容量越大，相应的硬件成本也会越高。

位率
    位率又称为“码率”。指单位时间内，单个录像通道所产生的数据量，其单位通常是bps、Kbps或Mbps。可以根据录像的时间与位率估算出一定时间内的录像文件大小。

    位率是一个可调参数，不同的分辨率模式下和监控场景下，合适的位率大小是不同的。在设置时，要综合考虑三个因素： [nextpage]
1、分辨率
    分辨率是决定位率（码率）的主要因素，不同的分辨率要采用不同的位率，它们之间的关系如图1所示。
总体而言，录像的分辨率越高，所要求的位率（码率）也越大，但并不总是如此，图1说明了不同分辨率的合理的码率选择范围。所谓“合理的范围”指的是，如果低于这个范围，图像质量看起来会变得不可接受；如果高于这个范围，则显得没有必要，对于网络资源以及存储资源来说是一种浪费。

2、场景
    监控的场景是设置码率时要考虑的第二个因素。在视频监控中，图像的运动剧烈程度还与位率有一定的关系，运动越剧烈，编码所要求的码率就越高。反之则越低。因此在同样的图像分辨率条件下，监控人多的场景和人少的场景，所要求的位率也是不同的。

3、存储空间
    最后需要考量的因素是存储空间，这个因素主要是决定了录像系统的成本。位率设置得越高，画质相对会越好，但所要求的存储空间就越大。所以在工程实施中，设置合适的位率即可以保证良好的回放图像质量，又可以避免不必要的资源浪费。

位率类型
    位率类型又称为码率类型，共有两种——动态码率（VBR）和固定码率（CBR）。所谓动态码率是指编码器在对图像进行压缩编码的过程中，根据图像的状况实时调整码率高低的过程，例如当图像中没有物体在移动时，编码器自动将码率调整到一个较低的值。但当图像中开始有物体移动时，编码器又自动将码率调整到一个较高的值，并且实时根据运动的剧烈程度进行调整。这种方式是一种图像质量不变，数据量变化的编码模式。

    固定码率是指编码器在对图像进行编码的过程中，自始至终采用一个固定的码率值，不论图像情况如何变化。这种方式是码率量不变，而图像质量变化的编码模式。

    在动态码率模式下，我们在硬盘录像机上设置的位率值称为“位率上限”。意思是我们人为设定一个编码码率变化的上限，可以低于，但不能高于。根据这个位率值，我们可以估算出一定时间内的存储容量的上限值。

    在固定码率模式下，在硬盘录像机上设置的位率值就是编码时所使用的位率值，根据这个数值，我们可以精确地估算出一定时间内的存储容量。

码流类型
    所谓码流指的就是编码器在对图像进行编码的过程中所产生的数据流。为了方便对这个数据流进行量化评估，所以产生了“位率（码率）”这个概念。

    码流类型根据所包含的数据类型，可以分为三种：复合流、视频流和音频流。因为DVR的主要目的是记录图像，因此在DVR的设置菜单中并没有“音频流”这一项。

·复合流：指包含了视频和音频数据的码流，在这个数据流中，通过时间戳确保视频和音频的严格同步，避免出现回放时的口型不对的情况；
·视频流：只有视频数据的码流；
·音频流：只有音频数据的码流。 [nextpage]

图像质量
    图像质量参数只有在位率类型选择为“变码率”时才有效。

    变码率状态下，图像质量参数对编码器的取值范围进行微调，共有六档可选，分别是：最好、次好、较好、一般、差、较差。图像质量参数设置得越好，编码器在生成码流的过程中，所取的值就会越高，即最终得到的录像数据量越大。例如，将图像质量设置为“最好”，那么实际录像码率是接近或达到码率的上限。

    图像质量参数对最终的图像效果并不起决定性作用，它只是通过对动态码率的取值策略进行微调来间接调整。

帧率
    帧率表示单位时间内，从图像中所能获取的完整图片数量，单位是fps（帧每秒）。

    上面详细介绍了与视频编码相关的6个参数，下面简要介绍它们与回放质量间的关系。

    首先引入一个概念——回放效果。所谓回放效果就是使用人的肉眼在显示设备上看到的录像回放图像，并对之产生相应的主观评价，称之为回放效果。也就是说，与“图像清晰度”、“图像质量”等概念不同，“回放效果”是一个主观性很强的评价标准。

    在建设视频监控系统时，用户最为关心的效果之一就是回放效果。回放效果与很多环节有关，例如摄像机的采集效果（线数、信噪比等）、传输效果（传输线路质量、干扰程度）、编码质量（码率大小、分辨率大小等）、显示设备的显示效果（显示分辨率、显示质量等）。回放效果是一个广义的概念，它与图像的清晰度、流畅性、连贯性有关，有时甚至与实时性有关。在这里，只讨论编码质量对回放效果的影响。

    从视频编码的角度出发，回放效果好的标准要符合两个条件：首先是图像所包含的信息量要充分，就是说要确保用户尽可能多地获取现场的信息；其次是尽可能确保画面中的细节清晰。

    在上文介绍的六个参数中，与回放效果直接相关的参数有三个——分辨率、码率、帧率。分辨率和帧率主要是确保图像信息量充分，码率则主要是确保画面细节清晰。它们之间的关系可以用一个代数式来表示，假设：回放效果=P，分辨率=x，码率=y，帧率=z，那么有下面的关系式： P= f（x ，y ，z） 

    首先看分辨率。从通常的认识来说，分辨率越高，图像质量越好，分辨率越低，图像质量越差。但如果抛开了码率来谈的话，上述观点是站不住脚的。实际上为了获得好的回放质量，除了提高分辨率以外，更重要的还要同时提高编码码率，否则效果可能适得其反。

    其次看码率。一般而言，码率越高，图像质量相对越好，码率越低，图像质量相对越差，但这个说法也只在一定范围内成立。所谓的范围，就是图1中所标示的码率范围，因为图像质量的提升并不与码率的提升成线性关系。

    最后看帧率。事实上，帧率对图像质量并不起直接的作用，帧率的高低只是影响图像的连贯性。在某些场合下，图像的连贯性也会被作为回放效果的评测标准之一（注意回放效果与图像质量的区别）。[nextpage]但在某些特殊情况下，通过调整帧率，也能在有限的码率下获得好的图像质量。例如在ADSL线路上传输图像，上行带宽只有512Kbps，但要传输4路CIF分辨率的图像。按照常规，CIF分辨率建议码率是512Kbps，那么照此计算就只能传一路，降低码率势必会影响图像质量。那么为了确保图像质量，就必须降低帧率，这样一来，即便降低码率也不会影响图像质量，但在图像的连贯性上会有影响。
最后，本文讨论一个经常被提起的问题——码流是如何产生的呢？

    这就要从数字视频监控的最基础概念说起。众所周知目前的录像和存储技术是基于数字技术发展起来的。但视频图像是属于模拟技术的领域，那么数字视频监控就是解决从模拟信号到数字信号转换、存储和传输的技术。

    模拟图像信号要经过模数转换的过程才能形成数字信号，这个过程称之为“A/D转换”，或称之为“采集”过程。经过采集，模拟信号已经“变成”数字信号了，是不是就可以直接进行存储和传输了？答案是否定的，因为这个时候的数字信息容量特别巨大，例如，以CIF分辨率，25帧/秒进行采集，1个小时的数据量就达到25.5GB。也就是说，一块1TB容量的硬盘只能录制不到两天的录像，这样的成本是谁也承受不起的，因此需要对A/D转换后的数据进行压缩。

    所谓压缩就是采用特定的算法，将一种数据类型转换为另一种形态，转换后的数据量要小于转换前的数据量。视频压缩就是采用某种视频压缩标准（例如H.264、MPEG4等）将采集得到的原始图像数据流进行压缩，得到最终所需要的产品——录像数据。

    压缩算法有个特点——它是可逆的。如果对压缩算法进行逆运算，可以还原出它压缩前的状态，这个过程在视频编码技术中称之为“解压缩”或“解码”。所看到的录像回放就是解压缩的结果，这个过程类似于在电脑中对某个文件进行压缩，然后又解压缩还原。如图2、图3所示：

    但与电脑中对文件进行压缩的过程不同，视频解压缩的过程并不能100%还原出图像的原始状态，只是尽可能完整地还原出原始图像。还原越完整，说明采集和编码过程中丢失的信息越少，看到的图像质量就越好，所需要的数据量就越大。解码还原越不完整，说明采集和编码过程中所丢弃的信息越多，看到的图像质量就越差，但是所需要的数据量就越少。
这个过程就体现在录像码率的设置上。当设置的录像码率越高，说明压缩编码的过程中保留的信息越多；录像码率越低，说明压缩编码的过程中丢弃的信息越多，这是一个量化控制的过程。 (作者：广东省从化市公安局 郭军)