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易于混淆的概念:SIF与CIF、4CIF与D1  

2011-11-22 09:20:55|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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混淆的概念:SIF与CIF、4CIF与D1

  在目前国内监控行业中,涉及视频采集卡、压缩卡、硬盘录像机(DVR)等产品时,经常会遇到诸如SIF、CIF、4CIF、D1等等分辨率标准名词。而在实际上,由于安防行业缺乏行业规范和标准,业内很多名词多来源于其它行业的标准,因此CIF、SIF、D1等几个词不但来源不同,甚至连名词本身都已经被讹以传讹而相互混淆,令人一头雾水。

  若追溯源头来看,安防视频监控行业源于闭路电视(CCTV),因此标准一直沿用的是电视行业的SIF系列标准和录像机行业的D1标准,而在国内安防业内,SIF被讹以传讹成了CIF,D1也经常与4CIF、4SIF等概念混淆。一个典型的现象是,采用CIF和D1做为关键字去搜索视频采集卡、压缩卡、DVR等产品,搜到的几乎都是国内产品及国产外销产品,而用SIF做关键字才能搜到同类的国外产品。下面分别对CIF、SIF及D1三个来源不同的系列标准做简单介绍。


一、CIF

  CIF(Common Intermediate Format,通用媒介格式)也称为FCIF(Full CIF),是一种用于规范YCbCr色差分量视频信号的像素分辨率的标准格式,常用于电信领域的视频会议系统。

  CIF格式是国际电信联盟(ITU)在1990年推出的的H.261视频编码标准(ITU-T H.261)中首次被定义的一种格式标准(后续H.263对CIF系列标准进一步完善),其设计目的是为了便于与电视行业的NTSC和PAL两种视频制式标准对接(【注】SECAM制式与PAL制式差异很小),推动电信领域和电视领域之间的互联互通。

  为了便于和PAL和NTSC两种制式进行转换,由于视频尺寸变换时“缩小”要比“放大”处理起来简单,因此CIF格式定义时采用了最大兼容原则(二者相比取较大者),在分辨率上采用与PAL制的SIF(Source Input Format)格式相同的352×288,在帧率上则采用与NTSC制相同的29.97 fps(30000帧/1001秒),色彩空间编码则采用YCbCr 4:2:0标准。

  QCIF含义为"Quarter CIF",即四分之一CIF的意思,其分辨率的宽和高都是CIF格式的一半;SQCIF含义为"Sub Quarter CIF",其分辨率的宽为CIF的4/11,高为CIF的1/3,像素数为CIF的4/33;类似的格式定义还有4CIF(4×CIF)和16CIF(16×CIF),都是以CIF格式做为基准进行定义。

  CIF格式图像尺寸大小之所以确定为352×288,是因为在H.261定义的视频压缩/解压的算法中,采用了基于宏块(大小为16×16像素)的DCT变换(Discrete Cosine Transform,离散余弦变换),实际上CIF格式视频的帧是由22×18个宏块组成,因此每一帧图像的像素数为352×288。

  需要注意的是,国际电信联盟(ITU)定义的xCIF系列标准中的所采用的像素都是非正方形像素(像素显示时横纵比为12:11),像素数量横纵比(即存储横纵比)为352:288(即11:9)。因此,当xCIF系列标准视频在正方形像素显示设备(计算器显示器、大部分HDTV高清数字电视)中显示时,需要将画面横向拉长为原来的12/11倍(约为109.1%),分辨率变为384×288(正方形像素),像素数量的横纵比从原来的11:9变为4:3。

  【注】“正方形像素”是一个相当重要的概念,涉及到视频的采集、编码/解码、传输、存储、显示整个过程,关于此概念的详细讲解可参见《关于“正方形像素”》一文。

格式标准 分辨率(非正方形像素) 分辨率(正方形像素) 标准帧率(帧/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

  动态图像专家组(MPEG)在1992年推出的MPEG-1标准中首次定义了SIF(Source Input Format,源输入格式), SIF是一种用于数字视频的存储和传输的视频格式,常用于VCD(MPEG-1视频编码)、DVD(MPEG-2的视频编码)和某些视频会议系统中。

  由于SIF系列标准主要应用电视行业,因此SIF标准格式分为SIF-525(NTSC制式)和SIF-625(PAL制式和SECAM制式)两种:

  1. 525@59.94Hz 该E-mail地址已受到防止垃圾邮件机器人的保护,您必须启用浏览器的Java Script才能看到。 的SIF格式(SIF-525)用于NTSC制式中,其分辨率为352×240像素,刷新频率(帧率)为29.97fps(帧/秒)?
  2. 625@50Hz的SIF格式(SIF-625)用于PAL制式和SECAM制式中,其分辨率为352×288像素,刷新频率(帧率)为25fps(帧/秒)

其中SIF-525和SIF-625两种格式都属于非隔行(逐行)标准,此外SIF还有一种隔行版本被称为SIF-I。

  SIF格式视频流也被称为MPEG-1 CPB(constrained parameters bitstream,约束参数码流)。与国际电信联盟(ITU)定义的CCIR 601(又名ITU-R BT.601/Rec.601)电视信号数字编码标准相比,SIF可以看为CCIR 601格式在帧长、帧宽、帧率和色度上均减半的标准。

  动态图像专家组(MPEG)在定义SIF(Source Input Format)格式标准时参照了国际电信联盟(ITU)定义的CIF格式标准,因此SIF标准格式几乎与CIF标准格式相同,两者的区别在于:SIF格式在NTSC制式(525-line)下为352×240@29.97fps,在PAL/SECAM制式(625-line)下为352×288@25fps;而CIF格式则无制式之分,标准格式固定为352×288@29.97fps(在H.263中帧率标准扩展支持7.49fps、14.99fps、59.94fps等值)。

  由于计算机行业广泛采用正方形像素,因此在计算机行业里SIF格式(正方形像素版本)被定义为:分辨率为320×240(相当于计算机行业的QVGA标准)或者384×288像素,帧率则可以是计算机支持的任意刷新频率(60Hz、75Hz、85Hz、……)。

  【注】“正方形像素”概念同上,详细讲解可参见http://www.microjie.com/index.php/professional-knowledge/82-standards-parterns

格式标准 分辨率(非正方形像素) 分辨率(正方形像素) 标准帧率(帧/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(又称为D-1、Sony's D1)

  D1是一种专业数字视频格式标准,主要应用于数字广播电视和录像行业。D1标准的产生在CIF和SIF标准之前,早于20世纪80年代就在Sony(索尼)和Bosch-BTS(博世-BTS)公司的DVR(数字录像机)产品中被首次使用。1986年,在电影电视工程师协会(SMPTE)工程师委员会的努力下,D1被采用为SMPTE标准,主要在DVTR(数字磁带录像机)产品中使用,是视频录像行业中的第一种主流格式。

  D1采用非压缩数字复合视频,颜色编码采用CCIR 601(于1981年定义)的YCbCr 4:2:2格式,音频采用PCM格式;音频和视频被同步存储在19mm(3/4")的盒式录像带上,D1录像带最大存储时间为94分钟。D1的分辨率在NTSC制式下定义为720×486(非正方形像素),在PAL/SECAM制式下为720×576(非正方形像素)。早期的D1系统复杂且操作困难,虽然后来迅速稳定下来,但就当时(1986年)来说,D1以其华丽的画质(相当于后来的SD,即标准清晰度画质)、价格的昂贵、配置要求高、升级成本高等因素而著称。

格式标准 分辨率(非正方形像素) 分辨率(正方形像素) 标准帧率(帧/秒)
D1@NTSC制式 720 × 486 720 × 540 29.97 fps
D1@PAL/SECAM制式 720 × 576 768 × 576 25 fps

  世界上第一批采用D1格式的产品包括:

  • Sony(索尼)公司
    1. Sony DVR-1000
    2. Sony DVR-2000
    3. Sony DVR-2100

    Sony VTR D1 DVR-2000
    Sony VTR D1 DVR-2000

    Sony VTR D1 DVR-2100
    Sony VTR D1 DVR-2100

    ?
  • Bosch-BTS(博世-BTS)公司:
    1. BTS DCR-100
    2. BTS DCR-300
    3. BTS DCR-500

    Bosch BTS D1 VTR DCR-500
    Bosch BTS D1 VTR DCR500

  在当时,由于D1采用非压缩复合视频占用的带宽过大,因此后续很快就推出了D2系统。D2系统虽然也采用非压缩复合视频格式,但D2在D1的基础上降低了采样率,做为一种经济型选择和D1一起供用户使用。D1格式直到2003年仍然在使用,后来的许多技术都引入了D1格式,而现代的许多数字视频录像产品也将其作为一种通用格式。在D1格式的基础上,后续还出现了D2、D3、D5/D5 HD等一系列标准,广泛用于美国和日本的电视演播录像、VHS家用录像带等视频录像行业。

AMPEX DCT-1700D D1-601 VCR AMPEX DCT-1700D D1-601 VCR
AMPEX DCT-1700D D1-601 VCR

格式标准 标准化时间 标准推动者
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)

四、CIF、SIF、D1三种系列标准对比

格式标准 标准化时间 标准化组织 应用领域
D1 1986年 电影电视工程师协会(SMPTE) 广播电视、电影、录像领域
CIF 1990年 国际电信联盟(ITU) 电信、网络视频领域
SIF 1992年 动态图像专家组(MPEG) 多媒体领域(影视、VCD、DVD等)

  在实际应用中,最容易混淆的三种格式为4CIF、PAL制式的4SIF,以及PAL制式的D1,这三种格式的主要区别如下:

  1. 应用领域不同;
  2. 制定的标准化组织不同;?
  3. 刷新频率(帧率)定义不同;?
  4. 在非正方形像素模式下分辨率不同。
格式标准 分辨率(非正方形像素) 分辨率(正方形像素) 标准帧率(帧/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
 
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