安防监控系统CIF、D1等格式的解释
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在目前國內監控行業中,涉及視頻采集卡、壓縮卡、硬盤錄像機(DVR)等產品時,經常會遇到諸如SIF、CIF、4CIF、D1等等分辨率標準名詞。而在實際上,由于安防行業缺乏行業規范和標準,業內很多名詞多來源于其它行業的標準,因此CIF、SIF、D1等幾個詞不但來源不同,甚至連名詞本身都已經被訛以傳訛而相互混淆,令人一頭霧水。
CIF格式具有如下特性:
(1) 電視圖像的空間分辨率為家用錄像系統(Video Home System,VHS)的分辨率,即352×288。
(2) 使用非隔行掃描(non-interlaced scan)。
(3) 使用NTSC幀速率,電視圖像的最大幀速率為30 000/1001≈29.97幅/秒。
(4) 使用1/2的PAL水平分辨率,即288線。
(5) 對亮度和兩個色差信號(Y、Cb和Cr)分量分別進行編碼,它們的取值范圍同ITU-RBT.601。即黑色=16,白色=235,色差的最大值等于240,最小值等于16。
下面為5種CIF 圖像格式的參數說明。參數次序為“圖象格式 亮度取樣的象素個數(dx) 亮度取樣的行數 (dy)色度取樣的象素個數(dx/2) 色度取樣的行數(dy/2)”。
sub-QCIF 128×96 64 48
QCIF? ?????176×144 8872
CIF? ???????352×288 176144
4CIF? ???? ?704×576 352288(即我們經常說的D1)
16CIF? ??? 1408×1152 704 576
目前監控行業中主要使用Qcif(176×144)、CIF(352×288)、HALF D1(704×288)、D1
(704×576)
等幾種分辨率,CIF錄像分辨率是主流分辨率,絕大部分產品都采用CIF分辨率。目前市場接受CIF分辨率,主要理由有四點:1、目前數碼監控要求視頻碼
流不能太高;2、視頻傳輸帶寬也有限制;3、使用HALF
D1、D1分辨率可以提高清晰度,滿足高質量的要求,但是以高碼流為代價的。在現階段,出現了眾多D1的產品,但市場份額非常小;4、采用CIF分辨率,
信噪比在32db以上,一般用戶是可以接受的,但不是理想的視頻圖像質量。目前業內人士正在嘗試用HALF
D1來尋求CIF、D1之間的平衡。但隨著單塊硬盤的容量達到750GB甚至1000GB,而國內的大部分DVR已經可以做到連接8塊1000GB的硬
盤,故D1逐漸會變成時常的主流。
DCIF分辨率是什么?
經過研究發現一種更為有效的監控視頻編碼
分辨率(DCIF),其像素為528×384。DCIF分辨率的是視頻圖像來歷是將奇、偶兩個HALF
D1,經反隔行變換,組成一個D1(720*576),D1作邊界處理,變成4CIF(704×576),4CIF經水平3/4縮小、垂直2/3縮小,轉
換成528×384.528×384的像素數正好是CIF像素數的兩倍,為了與常說的2CIF(704*288)區分,我們稱之為DOUBLE
CIF,簡稱DCIF。顯然,DCIF在水平和垂直兩個方向上,比Half D1更加均衡。
為什么選用DCIF分辨率?
數字化監控行業對數字監控產品提出兩項要求:首先要求數據量低,保證系統能夠長時間錄像和穩定實時的網絡傳輸;其次要求回放圖像清晰度高,滿足對細節的要求。而DCIF分辨率在目前的軟硬件平臺上,能很好的滿足以上兩項要求。
HalfD1分辨率已被部分產品采用,用來解決CIF清晰度不夠高和D1存儲量高、價格高昂的缺點。但由于他相對于CIF只是水平分辨率的提升,圖像質量提高不是特別明顯,但碼流增加很大。
經
過對大量視頻信號進行測試,基于目前的視頻壓縮算法,DCIF分辨率比Half
D1能更好解決CIF清晰度不夠高和D1存儲量高、價格高昂的缺點,用來解決CIF和4CIF,特別是在512Kbps碼率之間,能獲得穩定的高質量圖
像,滿足用戶對較高圖像質量的要求,為視頻編碼提供更好的選擇。
CIF清晰度不夠高和D1存儲量高、價格高昂的缺點分辨率,靜態回放分辨率理論上
最高可達360TVline的圖像質量,超過模擬監控中標準VHS磁帶錄像機280TVline的圖像水平,達到公安部安防行業視頻標準二級和三級項目的
清晰度要求,滿足絕大部分視頻監控的要求。
什么是D1?
D1是數字電視系統顯示格式的標準,共分為以下5種規格:
D1:480i格式(525i):720×480(水平480線,隔行掃描),和NTSC模擬電視清晰度相同,行頻為15.25kHz,相當于我們所說的4CIF(720×576)
D2:480P格式(525p):720×480(水平480線,逐行掃描),較D1隔行掃描要清晰不少,和逐行掃描DVD規格相同,行頻為31.5kHz
D3:1080i格式(1125i):1920×1080(水平1080線,隔行掃描),高清放松采用最多的一種分辨率,分辨率為1920×1080i/60Hz,行頻為33.75kHz
D4:720p格式(750p):1280×720(水平720線,逐行掃描),雖然分辨率較D3要低,但是因為逐行掃描,市面上更多
人感覺相對于1080I(實際逐次540線)視覺效果更加清晰。不過個人感覺來說,在最大分辨率達到1920×1080的情況下,D3要比D4感覺更加清
晰,尤其是文字表現力上,分辨率為1280×720p/60Hz,行頻為45kHz
D5:1080p格式(1125p):1920×1080(水平1080線,逐行掃描),目前民用高清視頻的最高標準,分辨率為1920×1080P/60Hz,行頻為67.5KHZ。
???其中D1和D2標準是我們一般模擬電視的最高標準,并不能稱的上高清晰,D3的1080i標準是高清晰電視的基本標準,它可以兼容720p格式,而D5的
1080P只是專業上的標準,并不是民用級別的,上面所給出的60HZ只是理想狀態下的場頻,而它的行頻為67.5KHZ,目前還沒有如此高行頻的電視問
世,實際在專業領域里1080P的場頻只有24HZ,25HZ和30HZ。
???需要指出的一點是,D端子是日本獨有的特殊接口,國內電視幾乎沒有帶這種接口的,最多的是色差接口,而色差接口最多支持到D4,理論上肯定沒有HDMI(純數字信號,支持到1080P)的最高清晰度高,但在1920:1080以下分辨率的電視機上,一般也沒有很大差別。
若追溯源頭來看,安防視頻監控行業源于閉路電視(CCTV),因此標準一直沿用的是電視行業的SIF系列標準和錄像機行業的D1標準,而在國內安防業內,SIF被訛以傳訛成了CIF,D1也經常與4CIF、4SIF等概念混淆。一個典型的現象是,采用CIF和D1做為關鍵字去搜索視頻采集卡、壓縮卡、DVR等產品,搜到的幾乎都是國內產品及國產外銷產品,而用SIF做關鍵字才能搜到同類的國外產品。下面分別對CIF、SIF及D1三個來源不同的系列標準做簡單介紹。
一、CIF
CIF(Common Intermediate Format,通用媒介格式)也稱為FCIF(FullCIF),是一種用于規范YCbCr色差分量視頻信號的像素分辨率的標準格式,常用于電信領域的視頻會議系統。
CIF格式是國際電信聯盟(ITU)在1990年推出的的H.261視頻編碼標準(ITU-TH.261)中首次被定義的一種格式標準(后續H.263對CIF系列標準進一步完善),其設計目的是為了便于與電視行業的NTSC和PAL兩種視頻制式標準對接(【注】SECAM制式與PAL制式差異很小),推動電信領域和電視領域之間的互聯互通。
為了便于和PAL和NTSC兩種制式進行轉換,由于視頻尺寸變換時“縮小”要比“放大”處理起來簡單,因此CIF格式定義時采用了最大兼容原則(二者相比取較大者),在分辨率上采用與PAL制的SIF(SourceInput Format)格式相同的352×288,在幀率上則采用與NTSC制相同的29.97fps(30000幀/1001秒),色彩空間編碼則采用YCbCr 4:2:0標準。
QCIF含義為"QuarterCIF",即四分之一CIF的意思,其分辨率的寬和高都是CIF格式的一半;SQCIF含義為"Sub QuarterCIF",其分辨率的寬為CIF的4/11,高為CIF的1/3,像素數為CIF的4/33;類似的格式定義還有4CIF(4×CIF)和16CIF(16×CIF),都是以CIF格式做為基準進行定義。
CIF格式圖像尺寸大小之所以確定為352×288,是因為在H.261定義的視頻壓縮/解壓的算法中,采用了基于宏塊(大小為16×16像素)的DCT變換(DiscreteCosineTransform,離散余弦變換),實際上CIF格式視頻的幀是由22×18個宏塊組成,因此每一幀圖像的像素數為352×288。
需要注意的是,國際電信聯盟(ITU)定義的xCIF系列標準中的所采用的像素都是非正方形像素(像素顯示時橫縱比為12:11),像素數量橫縱比(即存儲橫縱比)為352:288(即11:9)。因此,當xCIF系列標準視頻在正方形像素顯示設備(計算器顯示器、大部分HDTV高清數字電視)中顯示時,需要將畫面橫向拉長為原來的12/11倍(約為109.1%),分辨率變為384×288(正方形像素),像素數量的橫縱比從原來的11:9變為4:3。
【注】“正方形像素”是一個相當重要的概念,涉及到視頻的采集、編碼/解碼、傳輸、存儲、顯示整個過程,關于此概念的詳細講解可參見《關于“正方形像素”》一文。
| 格式標準 | 分辨率(非正方形像素) | 分辨率(正方形像素) | 標準幀率(幀/秒) |
| QCIF | 176 × 144 | 192 × 144 | 29.97 fps |
| CIF(FCIF) | 352 × 288 | 384 × 288 | 29.97 fps |
| 4CIF | 704 × 576 | 768 × 576 | 29.97 fps |
| 16CIF | 1408 × 1152 | 1536 × 1152 | 29.97 fps |
二、SIF
動態圖像專家組(MPEG)在1992年推出的MPEG-1標準中首次定義了SIF(Source InputFormat,源輸入格式),SIF是一種用于數字視頻的存儲和傳輸的視頻格式,常用于VCD(MPEG-1視頻編碼)、DVD(MPEG-2的視頻編碼)和某些視頻會議系統中。
由于SIF系列標準主要應用電視行業,因此SIF標準格式分為SIF-525(NTSC制式)和SIF-625(PAL制式和SECAM制式)兩種:
525@59.94Hz該E-mail地址已受到防止垃圾郵件機器人的保護,您必須啟用瀏覽器的Java Script才能看到。l的SIF格式(SIF-525)用于NTSC制式中,其分辨率為352×240像素,刷新頻率(幀率)為29.97fps(幀/秒)?
625@50Hz的SIF格式(SIF-625)用于PAL制式和SECAM制式中,其分辨率為352×288像素,刷新頻率(幀率)為25fps(幀/秒)
其中SIF-525和SIF-625兩種格式都屬于非隔行(逐行)標準,此外SIF還有一種隔行版本被稱為SIF-I。
SIF格式視頻流也被稱為MPEG-1 CPB(constrained parametersbitstream,約束參數碼流)。與國際電信聯盟(ITU)定義的CCIR 601(又名ITU-RBT.601/Rec.601)電視信號數字編碼標準相比,SIF可以看為CCIR601格式在幀長、幀寬、幀率和色度上均減半的標準。
動態圖像專家組(MPEG)在定義SIF(Source InputFormat)格式標準時參照了國際電信聯盟(ITU)定義的CIF格式標準,因此SIF標準格式幾乎與CIF標準格式相同,兩者的區別在于:SIF格式在NTSC制式(525-line)下為352×240@29.97fps,在PAL/SECAM制式(625-line)下為352×288@25fps;而CIF格式則無制式之分,標準格式固定為352×288@29.97fps(在H.263中幀率標準擴展支持7.49fps、14.99fps、59.94fps等值)。
由于計算機行業廣泛采用正方形像素,因此在計算機行業里SIF格式(正方形像素版本)被定義為:分辨率為320×240(相當于計算機行業的QVGA標準)或者384×288像素,幀率則可以是計算機支持的任意刷新頻率(60Hz、75Hz、85Hz、……)。
【注】“正方形像素”概念同上,詳細講解可參見http://www.microjie.com/index.php/professional-knowledge/82-standards-parterns。
| 格式標準 | 分辨率(非正方形像素) | 分辨率(正方形像素) | 標準幀率(幀/秒) |
| SIF@NTSC制式 | 352 × 240 | 320 × 240 | 29.97 fps |
| SIF@PAL/SECAM制式 | 352 × 288 | 384 × 288 | 25 fps |
| 4SIF@NTSC制式 | 704 × 480 | 640 × 480 | 29.97 fps |
| 4SIF@PAL/SECAM制式 | 704 × 576 | 768 × 576 | 25 fps |
三、D1(又稱為D-1、Sony's D1)
D1是一種專業數字視頻格式標準,主要應用于數字廣播電視和錄像行業。D1標準的產生在CIF和SIF標準之前,早于20世紀80年代就在Sony(索尼)和Bosch-BTS(博世-BTS)公司的DVR(數字錄像機)產品中被首次使用。1986年,在電影電視工程師協會(SMPTE)工程師委員會的努力下,D1被采用為SMPTE標準,主要在DVTR(數字磁帶錄像機)產品中使用,是視頻錄像行業中的第一種主流格式。
D1采用非壓縮數字復合視頻,顏色編碼采用CCIR 601(于1981年定義)的YCbCr4:2:2格式,音頻采用PCM格式;音頻和視頻被同步存儲在19mm(3/4")的盒式錄像帶上,D1錄像帶最大存儲時間為94分鐘。D1的分辨率在NTSC制式下定義為720×486(非正方形像素),在PAL/SECAM制式下為720×576(非正方形像素)。早期的D1系統復雜且操作困難,雖然后來迅速穩定下來,但就當時(1986年)來說,D1以其華麗的畫質(相當于后來的SD,即標準清晰度畫質)、價格的昂貴、配置要求高、升級成本高等因素而著稱。
| 格式標準 | 分辨率(非正方形像素) | 分辨率(正方形像素) | 標準幀率(幀/秒) |
| D1@NTSC制式 | 720 × 486 | 720 × 540 | 29.97 fps |
| D1@PAL/SECAM制式 | 720 × 576 | 768 × 576 | 25 fps |
由于D1采用非壓縮復合視頻占用的帶寬過大,因此后續很快就推出了D2系統。D2系統雖然也采用非壓縮復合視頻格式,但D2在D1的基礎上降低了采樣率,做為一種經濟型選擇和D1一起供用戶使用。D1格式直到2003年仍然在使用,后來的許多技術都引入了D1格式,而現代的許多數字視頻錄像產品也將其作為一種通用格式。在D1格式的基礎上,后續還出現了D2、D3、D5/D5HD等一系列標準,廣泛用于美國和日本的電視演播錄像、VHS家用錄像帶等視頻錄像行業。
AMPEX DCT-1700D D1-601 VCR
| 格式標準 | 標準化時間 | 標準推動者 |
| D1 | 1986年 | Sony(索尼) |
| D2 | 1988年 | AMPTEX(安培) |
| D3 | 1991年 | Panasonic(松下) |
| D5 | 1994年 | Panasonic(松下) |
| D5 HD | 2006年 | Panasonic(松下) |
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四、CIF、SIF、D1三種系列標準對比
| 格式標準 | 標準化時間 | 標準化組織 | 應用領域 |
| D1 | 1986年 | 電影電視工程師協會(SMPTE) | 廣播電視、電影、錄像領域 |
| CIF | 1990年 | 國際電信聯盟(ITU) | 電信、網絡視頻領域 |
| SIF | 1992年 | 動態圖像專家組(MPEG) | 多媒體領域(影視、VCD、DVD等) |
在實際應用中,最容易混淆的三種格式為4CIF、PAL制式的4SIF,以及PAL制式的D1,這三種格式的主要區別如下:
應用領域不同;
l制定的標準化組織不同;?
l刷新頻率(幀率)定義不同;?
在非正方形像素模式下分辨率不同。
| 格式標準 | 分辨率(非正方形像素) | 分辨率(正方形像素) | 標準幀率(幀/秒) |
| 4CIF | 704 × 576 | 768 × 576 | 29.97 fps |
| 4SIF@PAL/SECAM制式 | 704 × 576 | 768 × 576 | 25 fps |
| D1@PAL/SECAM制式 | 720 × 576 | 768 × 576 | 25 fps |
總結
以上是生活随笔為你收集整理的安防监控系统CIF、D1等格式的解释的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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