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【标准】混淆的概念:SIF与CIF、4CIF与D1

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【标准】混淆的概念:SIF与CIF、4CIF与D1
CIF系列标准简介
SIF系列标准简介
D1系列标准简介
CIF、SIF、D1三种系列标准对比
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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)
QCIF176 × 144192 × 14429.97 fps
CIF(FCIF)352 × 288384 × 28829.97 fps
4CIF704 × 576768 × 57629.97 fps
16CIF1408 × 11521536 × 115229.97 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. 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/technical-support/professional-knowledge

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 × 240320 × 24029.97 fps
SIF@PAL/SECAM制式352 × 288384 × 28825 fps
4SIF@NTSC制式704 × 480640 × 48029.97 fps
4SIF@PAL/SECAM制式704 × 576768 × 57625 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 × 486720 × 54029.97 fps
D1@PAL/SECAM制式720 × 576768 × 57625 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
D11986年Sony(索尼)
D21988年AMPTEX(安培)
D31991年Panasonic(松下)
D51994年Panasonic(松下)
D5 HD2006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
D11986年电影电视工程师协会(SMPTE)广播电视、电影、录像领域
CIF1990年国际电信联盟(ITU)电信、网络视频领域
SIF1992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)
4CIF704 × 576768 × 57629.97 fps
4SIF@PAL/SECAM制式704 × 576768 × 57625 fps
D1@PAL/SECAM制式720 × 576768 × 57625 fps

原文作者:Freeman
文章首发:www.microjie.com