一 基礎(chǔ)篇
1.1 圖形、圖像和視頻
圖形（graphic）：和圖像與視頻不同，有一種說(shuō)法是圖形就是自然界的客觀世界不存在的圖案。對(duì)于計(jì)算機(jī)中的圖形研究，有專門(mén)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，主要的研究對(duì)象是點(diǎn)、線、面等抽象事物。目前所謂的計(jì)算機(jī)顯卡3D技術(shù)支持，主要就是圖形技術(shù)相關(guān)的范疇。關(guān)于圖形方面的開(kāi)發(fā)，好象OpenGL是其中比較有名的3D圖形庫(kù)。
圖像（image）：和圖形相反，圖像可以定位為自然界中客觀存在的圖案。圖像處理和我們有關(guān)系的大致是圖像濾波處理和圖像壓縮。目前用得最多的靜止圖像壓縮算法就是jpeg了，大家應(yīng)該都很熟悉。而對(duì)圖像的其他處理，一般稱之為對(duì)圖像進(jìn)行濾波，圖像處理方面，photoshop軟件很多人應(yīng)該都很熟悉，它圖像處理的功能十分強(qiáng)大。在視頻行業(yè)，主要是關(guān)注消隔行濾波器、去除攝像頭白噪聲濾波器、去除塊效應(yīng)（deblock）濾波器等。
視頻（video）：視頻我的理解就是連續(xù)的圖像，被稱為視頻。對(duì)視頻圖像的處理，核心是壓縮，其他的就是采集、傳輸、顯示和錄像了。視頻圖像如果不壓縮的話，傳輸和錄像的成本都太高了。
1.2 視頻的采集、壓縮、傳輸、解碼顯示和存儲(chǔ)
視頻采集最重要的設(shè)備就是攝像頭了，它將自然界中的客觀場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)輸出。如果是數(shù)字視頻應(yīng)用系統(tǒng)，還需要專門(mén)的設(shè)備或者器件完成圖像信號(hào)的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，這也是攝像頭很難直接接入PC機(jī)的原因。早期的接入方式是通過(guò)PC上用戶自己配的采集卡來(lái)完成，這種方式現(xiàn)在也有，現(xiàn)在有專門(mén)通過(guò)USB接口接入PC機(jī)的USB攝像頭，它是在攝像頭內(nèi)完成了模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)到USB接口。
視頻的壓縮是視頻處理的核心，按照是否實(shí)時(shí)性可以分為非實(shí)時(shí)壓縮和實(shí)時(shí)壓縮。實(shí)時(shí)性與否，區(qū)別其實(shí)很大，一般來(lái)說(shuō)，制作DVD等影片可以算作非實(shí)時(shí)性壓縮，此時(shí)，算法的選擇應(yīng)該是要提高壓縮算法效率，而不是性能，因?yàn)?，即使一天完成一部影片的壓縮的話，大多數(shù)時(shí)候，問(wèn)題可能也不大。而對(duì)于類(lèi)似網(wǎng)上直播這樣的應(yīng)用，則屬于實(shí)時(shí)性壓縮應(yīng)用了，此時(shí)在算法選擇上，算法的性能可能是第一位的。目前看，實(shí)時(shí)性壓縮的應(yīng)用更廣泛些。關(guān)于視頻壓縮部分，詳細(xì)的介紹我們放在后面的章節(jié)進(jìn)行介紹。
視頻的傳輸分為兩種，一種是模擬視頻的傳輸，也就是攝像頭電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，這種主要是在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用，它的成本比較高，傳輸距離也有限制，而且隨著距離的增大，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)衰減和信道噪聲等問(wèn)題；另一種傳輸是和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，先把數(shù)字視頻信號(hào)壓縮后得到碼流數(shù)據(jù)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，后一種應(yīng)用方式越來(lái)越普遍，最早期應(yīng)該算是視頻會(huì)議系統(tǒng)，現(xiàn)在的應(yīng)用就更多了，最新的比如手機(jī)上網(wǎng)觀看視頻等。其實(shí)，抽象看，互聯(lián)網(wǎng)它其實(shí)就是一個(gè)信息平臺(tái)，而在這個(gè)信息平臺(tái)上，傳輸?shù)男畔⑾喈?dāng)大比例就是多媒體數(shù)據(jù)?？梢韵胂螅窈箅S著互聯(lián)網(wǎng)帶寬的不斷提高，視頻的應(yīng)用將越來(lái)越廣。
對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)傳輸過(guò)來(lái)的視頻信息，首先是要進(jìn)行解碼，然后才是顯示。解碼的芯片有一定的性能要求，比編碼器低些，但是畢竟是視頻數(shù)據(jù)處理，通用的芯片（不支持MMX等多媒體指令）可能會(huì)比較吃力。顯示設(shè)備主要有電視、監(jiān)視器和顯示器，他們的信號(hào)接口是不一樣的，電視監(jiān)視器是模擬的電信號(hào)，顯示器的輸入應(yīng)該是數(shù)字信號(hào)。另外多說(shuō)一句，現(xiàn)在的顯卡似乎普遍支持電視輸出。
1.3 視頻相關(guān)行業(yè)介紹
以視頻技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他領(lǐng)域的技術(shù)突破，滿足了人們各種各樣的需求，形成了很多視頻相關(guān)的行業(yè)。這些行業(yè)之中，我們來(lái)了解一下如下四個(gè)方向。
1.3.1 多媒體消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用
多媒體消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用在技術(shù)上主要是視頻壓縮技術(shù)和媒體存儲(chǔ)技術(shù)的結(jié)合，主要的產(chǎn)品形式是VCD（早期）和DVD，偏向消費(fèi)類(lèi)的家庭應(yīng)用。這幾年隨著DVD光驅(qū)的普及，在PC上觀看DVD也逐步流行起來(lái)。該行業(yè)的視頻壓縮屬于非實(shí)時(shí)壓縮，追求的是高清晰度，一般的分辨率都是D1（720*576），而且，它的音頻品質(zhì)也要求很高，采樣頻率和采樣精度都非常高。DVD的視頻壓縮算法是mpeg-2，而它的音頻是LPCM、DOLBYAC3、mp3或者aac。
DVD的存儲(chǔ)技術(shù)表現(xiàn)形態(tài)就是DVD光盤(pán)，目前市面上常用的DVD光盤(pán)最大容量可達(dá)4.7GB。目前DVD技術(shù)最發(fā)達(dá)的是日本，他們的專利最多，技術(shù)也最領(lǐng)先，基本上處于壟斷地位了。
中國(guó)也有自己的DVD標(biāo)準(zhǔn)，叫做EVD，這個(gè)公司很久前就在努力的推廣他們的標(biāo)準(zhǔn)了，不過(guò)客觀的評(píng)價(jià)，進(jìn)展不能算很樂(lè)觀，還需要努力。
多媒體技術(shù)在家庭中的應(yīng)用，這幾年也出現(xiàn)了一些很好的亮點(diǎn)，比如家用電視支持網(wǎng)絡(luò)和媒體功能、電視支持錄像功能等，不過(guò)總體評(píng)價(jià)，這些都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有普及，還需要進(jìn)一步發(fā)展。個(gè)人更看好以機(jī)頂盒這樣的方式來(lái)滿足多媒體需求。
1.3.2 視頻會(huì)議
視頻會(huì)議可以說(shuō)是視頻技術(shù)應(yīng)用最古老的行業(yè)了，之所以這么說(shuō)，是因?yàn)榈谝粋€(gè)視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.261就是為了視頻會(huì)議而制定的。
視頻會(huì)議行業(yè)是實(shí)時(shí)音視頻壓縮技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。目前視頻會(huì)議系統(tǒng)的發(fā)展，除了滿足人們基本的語(yǔ)音和圖像信息交流外，還包括了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)信息共享、開(kāi)展協(xié)同工作等功能。
視頻會(huì)議系統(tǒng)主要包括的產(chǎn)品有：語(yǔ)音輸入輸出設(shè)備（mic、音箱等）、攝像頭、電視、視頻會(huì)議終端、MCU等。視頻會(huì)議專用的攝像頭日本索尼公司市場(chǎng)占有率無(wú)可爭(zhēng)議的是第一。而視頻會(huì)議終端和MCU市場(chǎng)目前排第一的是美國(guó)的polycom公司，polycom的音頻技術(shù)非常強(qiáng)大，它在中低端市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)很明顯，而挪威的泰德（tandberg）在高端市場(chǎng)則做得更好一些。視頻會(huì)議系統(tǒng)對(duì)音視頻技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求都比較高。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，相對(duì)視頻，視頻會(huì)議系統(tǒng)對(duì)音頻要求更高一些。隨著現(xiàn)在視頻技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷改善，人們對(duì)視頻的要求也越來(lái)越高，不過(guò)，音頻方面的處理始終是關(guān)鍵，比如回聲消除技術(shù)等。
1.3.3 視頻監(jiān)控
根據(jù)目前比較流行的劃分方法，視頻監(jiān)控行業(yè)已歷經(jīng)三代。第一代被稱為CCTV監(jiān)控，也就是一個(gè)攝像頭加一個(gè)監(jiān)視器組成一個(gè)最簡(jiǎn)單的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，很多時(shí)候還只是黑白的監(jiān)控畫(huà)面，目前采用第一代監(jiān)控系統(tǒng)的客戶已經(jīng)很少了，不過(guò)在一些很小的便利店、超市，我們還是可以看到這樣的監(jiān)控系統(tǒng)。第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)典型的產(chǎn)品形態(tài)是板卡和DVR，即使到現(xiàn)在，這種監(jiān)控系統(tǒng)也還很流行，在第二代監(jiān)控系統(tǒng)中表現(xiàn)最好的企業(yè)是杭州?？担麄儙缀鯄艛嗔税蹇ㄊ袌?chǎng)，DVR市場(chǎng)占有率也連續(xù)幾年排名第一了，第二代監(jiān)控系統(tǒng)核心是實(shí)時(shí)視頻壓縮技術(shù)，把攝像頭拍攝下來(lái)的畫(huà)面進(jìn)行壓縮和存儲(chǔ)到本地硬盤(pán)。目前，視頻監(jiān)控行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了第三代，也就是遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，它把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻壓縮技術(shù)結(jié)合起來(lái)，不過(guò)和視頻會(huì)議系統(tǒng)不同的是，監(jiān)控行業(yè)對(duì)音頻的要求不高，但是，對(duì)圖像的要求卻高很多，從傳統(tǒng)的要求來(lái)說(shuō)，視頻監(jiān)控不僅要求圖像能夠更清晰，對(duì)幀率的要求也很高，這也是從監(jiān)控的安全考慮的需求。
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要產(chǎn)品是視頻服務(wù)器（IPVS，也有產(chǎn)商叫DVS）和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（ip camera），這兩種產(chǎn)品都具備實(shí)時(shí)壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ埽δ苌系膮^(qū)別是IP camera自帶攝像頭，而IPVS需要用戶自己配攝像頭，當(dāng)然，IPVS在滿足監(jiān)控市場(chǎng)的需求上，比IP camera更強(qiáng)大一些，一般來(lái)說(shuō)，圖像的壓縮效果也更好些，而且，它一般還支持所謂的報(bào)警輸入輸出接口，當(dāng)然，在價(jià)格上，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)有比較大的優(yōu)勢(shì)。
1.3.4 流媒體行業(yè)
流媒體也是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻壓縮技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它的具體應(yīng)用形式很多，比如網(wǎng)上直播、手機(jī)流媒體、IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視）等等，都是比較新的東西，再比如現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上流行的所謂播客，我也把它歸類(lèi)為流媒體行業(yè)。
流媒體應(yīng)用，對(duì)編碼器的要求可能是最高的了，這是因?yàn)槊颗_(tái)流媒體服務(wù)器都會(huì)有很多用戶來(lái)連接訪問(wèn)媒體數(shù)據(jù)，壓縮率如果提高的話，同等圖像質(zhì)量下，同等圖像帶寬可以支持更多的用戶，這點(diǎn)很重要，流媒體行業(yè)應(yīng)用的最大瓶頸就是服務(wù)器支持的用戶數(shù)了。
為了解決服務(wù)器的這一瓶頸，最近幾年出現(xiàn)了一種叫做P2P的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，它號(hào)稱是用戶越多，用戶欣賞視頻會(huì)越流暢，而需要的服務(wù)器仍然只是一臺(tái)。這個(gè)技術(shù)最成功的產(chǎn)品案例就是skype軟件了，好像是2005年它被ebay以26億美元成功收購(gòu)，這即使到現(xiàn)在，也被稱為一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)歷史上不可復(fù)制的奇跡。除了skype，其他應(yīng)用P2P技術(shù)的直播軟件還有pplive等，現(xiàn)在也都比較流行。
IPTV算是流媒體在家庭的一個(gè)應(yīng)用形式，前兩年在國(guó)內(nèi)也很火過(guò)一陣子。我的感覺(jué)，單純從技術(shù)上評(píng)價(jià)，IPTV也還有點(diǎn)早了，現(xiàn)在可能還不太成熟，我的理由有如下幾點(diǎn)：目前家庭用戶上網(wǎng)主要的帶寬還是2兆或者以下，在這個(gè)帶寬下，目前主流的壓縮技術(shù)，壓縮出來(lái)的效果可能和有線電視比還相差很明顯，要想進(jìn)一步提高，可能還需要H.264的普及應(yīng)用。如果要升級(jí)到H.264的話，也就是說(shuō)目前的IPTV機(jī)頂盒在技術(shù)上還不夠成熟，并不能一步到位解決問(wèn)題。所以，感覺(jué)IPTV在技術(shù)上要可行，可能還需要再等3-5年吧。
1.3.5 視訊行業(yè)
所謂的視訊行業(yè)，就是視頻和通訊技術(shù)結(jié)合的行業(yè)，上面所說(shuō)的視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和流媒體行業(yè)都屬于視訊行業(yè)的范疇。
還有一個(gè)很有影響的產(chǎn)品，就是IP電話，這個(gè)產(chǎn)品大家應(yīng)該都很熟悉了，幾年前也有過(guò)一段時(shí)間的炒作，現(xiàn)在看好像也還沒(méi)普及，和IPTV類(lèi)似，個(gè)人也是感覺(jué)還是有點(diǎn)早了，可能再過(guò)幾年會(huì)有機(jī)會(huì)起來(lái)。它應(yīng)該算是視頻會(huì)議的家庭應(yīng)用產(chǎn)品形態(tài)吧。
