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  一、MPEG的昨天

  1、MPEG-1

  MPEG-1制定于1992年,是为工业级标准而设计,可适用于不同带宽的设备,如CD-ROM、Video-CD、CD-R等。主要针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒质运动图像及其伴音编码的国际标准,它用于在CD—ROM上存储同步和彩色运动视频信号,可以优化为中等分辨率,并在其优化模式下,采用所谓的SIF标准交换格式(对于NTSC制式为352X240,对于PAL制式为352X288)的图像进行压缩,传输速率为1.5Mbits/sec,每秒能够播放30帧,具有CD(指激光唱盘)音质,质量级别基本与VHS相当。MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits/sec,但随着速率的提高,其解码后的图象质量有所降低。MPEG-1对色差分量采用4∶1∶1的二次采样率,旨在达到VRC质量,其视频压缩率为26∶1。

  MPEG-1现已成为常规视频标准的一个子集,该子集称为CPB流。同时它也被用于数字电话网络上的视频传输,如非对称数字用户线路(ADSL),视频点播(VOD),以及教育网络等,因此MPEG-1可被用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。

  2、MPEG-2和MPEG-AAC

  MPEG-2标准制定于1994年,设计目标是高级工业标准的图象质量以及更高的传输率,它追求的是CCIR601建议的图象质量DVB、HDTV和DVD等制定的3Mbps~10Mbps的运动图象及其伴音的编码标准。该标准最初的目的是在与MPEG-1兼容的基础上实现低码率和多声道扩展,后来为了适应演播电视的要求开始致力于定义一个可以获得更高质量的多声道音频标准。这个标准不和MPEG-1兼容,定名为MPEG-2AAC(Advanced Audio Coding)。

  AAC标准完成于1997年,经BBC(U.K.)和NHK(Japan)使用、测试表明已达到最优化ITU—R601推荐的分辨率,并且对于低比特率的多声道编码能提供相当高的声音质量。由于它不向后兼容,故具有更高的压缩效果。据测试它以320Kbps传送的音频信号比MPEG-2以640Kbps传送的音质还略好些。AAC标准的发展标志着标准化工作向着模块化方向演变的趋势。MPEG-2所能提供的传输率在3-10Mbits/sec间,在NTSC制式下的分辨率可达720X486,MPEG-2也可提供并能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道,和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理,使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据(如VCD等)。

  因为MPEG-2可以提供CD和DVD的指定标准外,MPEG-2还可用于为广播、有线电视网、电缆网络以及卫星直播(DirectBroadcastSatellite)提供广播级的数字视频。但是对于最终用户来说,由于现在电视机分辨率的限制,MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显,反倒是其音频特性(如加重低音、多伴音声道等)更加引人注目。

  3、MPEG-3

  MPEG-3是ISO/IEC最初为HDTV开发的编码和压缩标准,它要求传输速率在20Mbits/sev-40Mbits/sec间,但这将使画面有轻度扭曲。不过由于MPEG-2的出色性能表现,已能适用于HDTV,使得原打算为HDTV设计的MPEG-3,还没出世就被扼杀在摇篮中了。

  二、MPEG的今天

  当前主要使用的是MPEG-2标准和MPEG-4标准,其中MPEG-4标准主要应用于视频电话(VideoPhone),视频邮件(VideoEmail)和电子新闻(ElectronicNews)等。与MPEG-1和MPEG-2相比,它对于传输速率要求较低,在4800-64000bits/sec之间,分辨率为176X144。MPEG-4就利用很窄的带宽,通过帧重建技术来压缩和传输数据,以求利用最少的数据获得最佳的图象质量。

  MPEG-4的一个特点是更适于交互AV服务以及远程监控,这是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看,允许你加入其中,即有交互性)的动态图象标准。它的另一个特点是其综合性,从根源上说,MPEG-4试图将视觉效果意义上的自然物体与人造物体相溶合,所以它的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。与前两者不同,MPEG-4不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码,更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。

  MPEG-4引入了AVO(Audio/VisaulObjects)的概念,使得更多的交互操作成为可能。AVO的基本单位是原始“AVO”,它可能是一个没有背景的说话的人,也可能是这个人的语音或一段背景音乐等。它具有高效编码、高效存储与传播及可交互操作的特性。在MPEG-4中AVO有着重要的地位,因为MPEG-4采用AVO来表示听觉、视觉或者视听组合内容,允许组合已有的AVO来生成复合的AVO,由此生成AV场景,并采用SNHC的方法来组织这些AVO。对于AVO的数据还能灵活地多路合成与同步,以便选择合适的网络来传输这些AVO数据,并允许接收端的用户在AV场景中对AVO进行交互操作。

  为了达到低比特率下的多媒体通信和多工业的多媒体通信的综合这两个目标,MPEG-4标准的构成也有所更新。

  1、DMIF(The Dellivery Multimedia Integration Framework)

  DMIF即多媒体传送整体框架,它主要解决交互网络中、广播环境下以及磁盘应用中多媒体应用的操作问题。通过传输多路合成比特信息来建立客户端和服务器端的握手和传输。通过DMIF,MPEG-4可以建立起具有特殊品质服务(QoS)的信道和面向每个基本流的带宽。

  2、数据平面MPEG-4中的数据平面可以分为两部分:传输关系部分和媒体关系部分。为了使基本流和AVO在同一场景中出现,MPEG-4引用了对象描述(OD)和流图桌面(SMT)的概念。OD传输与特殊AVO相关的基本流的信息流图。桌面把每一个流与一个CAT(ChannelAssosiation Tag)相连CAT可实现该流的顺利传输。

  3、缓冲区管理和实时识别MPEG-4定义了一个系统解码模式(SDM),该解码模式描述了一种理想的处理比特流句法语义的解码装置,它要求特殊的缓冲区和实时模式。通过有效地管理,可以更好地利用有限的缓冲区空间。

  4、音频编码MPEG-4的优越之处在于,它不仅支持自然声音,而且支持合成声音。MPEG-4的音频部分将音频的合成编码和自然声音的编码相结合,并支持音频的对象特征。

  5、视频编码 与音频编码类似,MPEG-4也支持对自然和合成的视觉对象的编码。合成的视觉对象包括2D、3D动画和人面部表情动画等。

  6、场景描述MPEG-4提供了一系列工具,用于组成场景中的一组对象。一些必要的合成信息就组成了场景描述,这些场景描述以二进制格式BIFS(BinaryFormat for Scenedescription)表示,BIFS与AVO一同传输、编码。场景描述主要用于描述各AVO在一具体AV场景坐标下,如何组织与同步等问题。同时还有AVO与AV场景的知识产权保护等问题。MPEG-4为我们提供了丰富的AV场景。

  MPEG-4的应用前景非常广阔的,它的出现将对以下各方面产生较大的推动作用:数字电视、动态图象、因特网(Internet)、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信、于内容存储和检索多媒系统、Internet/Intranet上的视频流与可视游戏、基于面部表情模拟的虚拟会议、DVD上的交互多媒体应用、基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用、演播电视等等,对于计算机爱好者来说,表现最为直接的一点就是让你的媒体播放机可以播放MPEG-4格式的超清晰视频文件。因为市面上已经出现这种格式的碟片,而MPEG-4压缩一部DVD只需要2张CDROM!这样就意味着,你不需要买DVDROM也可以得到和它差不多的视频质量了,而这一切只需要你有CDROM。虽然SVCD和它有点距离,但胜在已经有很多厂商支持,MINI-DVD图象质量比它好点,可是又需要DVDROM来播放,看来又有一场龙争虎斗要上演了。

  三、MPEG的明天

  今后网络应用最重要的目标之一就是进行多媒体通信,多媒体信息主要包括图像、声音和文本三大类,其中视频、音频等信号的信息量是非常大的。而且这些信息的表达方式、输入、输出的要求也各不相同,因此在多媒体通信中,对这些数据进行有效的表达和适当处理是非常重要的。其中,多媒体信息的压缩技术是多媒体通信领域的关键技术之一。

  所以继MPEG-4之后,要解决的矛盾就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。针对这个矛盾MPEG提出了解决方案MPEG-7,以便能够快速且有效地搜索出用户所需的不同类型的多媒体。MPEG-7将对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述,并将该描述与所描述的内容相联系,以实现快速有效的搜索。这个标准不包括对描述特征的自动提取,它也没有规定利用描述进行搜索的工具或任何程序,它正式的称谓是“多媒体内容描述接口”。MPEG-7可独立于其它MPEG标准使用,但MPEG-4中所定义的音频、视频对象的描述适用于MPEG-7,因此可以利用MPEG-7的描述来增强其它MPEG标准的功能。

  MPEG-7的应用范围很广泛,既可应用于存储(在线或离线),也可用于流式应用(如广播、将模型加入Internet等),还可以在实时或非实时环境下应用,如:数字图书馆(图象目录,音乐字典等)、多媒体名录服务(如黄页)、广播媒体选择(无线电信道,TV信道等)、多媒体编辑(个人电子新闻业务,媒体写作)等。另外MPEG-7在教育、新闻、导游信息、娱乐、研究业务、地理信息系统、医学、购物、建筑等各方面均有较深的应用潜力。

  与同样是音频压缩标准的杜比公司的AC系列标准相比,MPEG标准系列由于存在专利权的问题,所以更适合于我国国情。MPEG-1使得VCD取代了传统的录像带,MPEG-2将使数字电视最终完全取代现有的模拟电视,而高画质和音质的DVD也将取代现有的VCD。随着MPEG-4和MPEG-7新标准的不断推出,数据压缩和传输的技术必将趋向更加规范化。

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