安防监控系统CIF、D1等格式的解释

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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。

CIF格式具有如下特性：
(1) 电视图像的空间分辨率为家用录像系统(Video Home System，VHS)的分辨率，即352×288。
(2) 使用非隔行扫描(non-interlaced scan)。
(3) 使用NTSC帧速率，电视图像的最大帧速率为30 000/1001≈29.97幅/秒。
(4) 使用1/2的PAL水平分辨率，即288线。
(5) 对亮度和两个色差信号(Y、Cb和Cr)分量分别进行编码，它们的取值范围同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。
下面为5种CIF 图像格式的参数说明。参数次序为“图象格式 亮度取样的象素个数(dx) 亮度取样的行数 (dy)色度取样的象素个数(dx/2) 色度取样的行数(dy/2)”。

sub-QCIF 128×96 64 48

QCIF       176×144 8872

CIF         352×288 176144

4CIF        704×576 352288（即我们经常说的D1）

16CIF      1408×1152 704 576

目前监控行业中主要使用Qcif（176×144）、CIF（352×288）、HALF D1（704×288）、D1
（704×576）
等几种分辨率，CIF录像分辨率是主流分辨率，绝大部分产品都采用CIF分辨率。目前市场接受CIF分辨率，主要理由有四点：1、目前数码监控要求视频码
流不能太高；2、视频传输带宽也有限制；3、使用HALF
D1、D1分辨率可以提高清晰度，满足高质量的要求，但是以高码流为代价的。在现阶段，出现了众多D1的产品，但市场份额非常小；4、采用CIF分辨率，
信噪比在32db以上，一般用户是可以接受的，但不是理想的视频图像质量。目前业内人士正在尝试用HALF
D1来寻求CIF、D1之间的平衡。但随着单块硬盘的容量达到750GB甚至1000GB，而国内的大部分DVR已经可以做到连接8块1000GB的硬
盘，故D1逐渐会变成时常的主流。

DCIF分辨率是什么？

经过研究发现一种更为有效的监控视频编码
分辨率（DCIF），其像素为528×384。DCIF分辨率的是视频图像来历是将奇、偶两个HALF
D1，经反隔行变换，组成一个D1（720*576），D1作边界处理，变成4CIF（704×576），4CIF经水平3/4缩小、垂直2/3缩小，转
换成528×384.528×384的像素数正好是CIF像素数的两倍，为了与常说的2CIF（704*288）区分，我们称之为DOUBLE
CIF，简称DCIF。显然，DCIF在水平和垂直两个方向上，比Half D1更加均衡。
为什么选用DCIF分辨率？
数字化监控行业对数字监控产品提出两项要求：首先要求数据量低，保证系统能够长时间录像和稳定实时的网络传输；其次要求回放图像清晰度高，满足对细节的要求。而DCIF分辨率在目前的软硬件平台上，能很好的满足以上两项要求。
HalfD1分辨率已被部分产品采用，用来解决CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点。但由于他相对于CIF只是水平分辨率的提升，图像质量提高不是特别明显，但码流增加很大。
经
过对大量视频信号进行测试，基于目前的视频压缩算法，DCIF分辨率比Half
D1能更好解决CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点，用来解决CIF和4CIF，特别是在512Kbps码率之间，能获得稳定的高质量图
像，满足用户对较高图像质量的要求，为视频编码提供更好的选择。
CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点分辨率，静态回放分辨率理论上
最高可达360TVline的图像质量，超过模拟监控中标准VHS磁带录像机280TVline的图像水平，达到公安部安防行业视频标准二级和三级项目的
清晰度要求，满足绝大部分视频监控的要求。
　　　什么是D1？
D1是数字电视系统显示格式的标准，共分为以下5种规格：

D1：480i格式（525i）：720×480（水平480线，隔行扫描），和NTSC模拟电视清晰度相同，行频为15.25kHz，相当于我们所说的4CIF（720×576）

D2：480P格式（525p）：720×480（水平480线，逐行扫描），较D1隔行扫描要清晰不少，和逐行扫描DVD规格相同，行频为31.5kHz

D3：1080i格式（1125i）：1920×1080（水平1080线，隔行扫描），高清放松采用最多的一种分辨率，分辨率为1920×1080i/60Hz，行频为33.75kHz

D4：720p格式（750p）：1280×720（水平720线，逐行扫描），虽然分辨率较D3要低，但是因为逐行扫描，市面上更多
人感觉相对于1080I（实际逐次540线）视觉效果更加清晰。不过个人感觉来说，在最大分辨率达到1920×1080的情况下，D3要比D4感觉更加清
晰，尤其是文字表现力上，分辨率为1280×720p/60Hz，行频为45kHz

D5：1080p格式（1125p）：1920×1080（水平1080线，逐行扫描），目前民用高清视频的最高标准，分辨率为1920×1080P/60Hz,行频为67.5KHZ。
   其中D1和D2标准是我们一般模拟电视的最高标准，并不能称的上高清晰，D3的1080i标准是高清晰电视的基本标准，它可以兼容720p格式，而D5的
1080P只是专业上的标准，并不是民用级别的，上面所给出的60HZ只是理想状态下的场频，而它的行频为67.5KHZ，目前还没有如此高行频的电视问
世，实际在专业领域里1080P的场频只有24HZ，25HZ和30HZ。
   需要指出的一点是，D端子是日本独有的特殊接口，国内电视几乎没有带这种接口的，最多的是色差接口，而色差接口最多支持到D4，理论上肯定没有HDMI（纯数字信号，支持到1080P)的最高清晰度高，但在1920：1080以下分辨率的电视机上，一般也没有很大差别。

　　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（FullCIF），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-TH.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（SourceInput Format）格式相同的352×288，在帧率上则采用与NTSC制相同的29.97fps（30000帧/1001秒），色彩空间编码则采用YCbCr 4:2:0标准。

　　QCIF含义为”QuarterCIF”，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 QuarterCIF”，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（DiscreteCosineTransform，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。

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 InputFormat，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：

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。l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） 

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 parametersbitstream，约束参数码流）。与国际电信联盟（ITU）定义的CCIR 601（又名ITU-RBT.601/Rec.601）电视信号数字编码标准相比，SIF可以看为CCIR601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 InputFormat）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。

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YCbCr4:2:2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。

　　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/D5HD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

四、CIF、SIF、D1三种系列标准对比

　　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：

应用领域不同；

l制定的标准化组织不同； 

l刷新频率（帧率）定义不同； 

在非正方形像素模式下分辨率不同。

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