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| 淺談數字壓縮技術在視音頻領域中的應用 |
更新時間：2008-5-29 8:05:44
（ 編輯：隨云 ）
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運動圖像專家組 (Moving Picture Exports Group)是在1988年成立的，目的是制定一種視音頻解壓縮系統，它是由三種基本元素組成的，第一部分是系統；第二部分是視頻；第三部分是音頻。MPEG作為專門從事視音頻壓縮平臺標準開發及制定的國際性組織已上升到具有戰略價值的地位，而且MPEG繼續向更為廣闊的多媒體處理及分配領域發展。
MPEG是一個成功的故事。她緊隨時代的要求利用多媒體工業各方面開發的技術并集成到強有力的標準中。MPEG之所以能做到這些是因為她能夠把市場需求轉化為技術指標，同時在兩者之間劃上嚴格的界線。然后開發世界各地無數研究者的熱情來制定標準，而不受即刻市場的妨礙。
一、MPEG的發展軌跡
1992年推出的MPEG-1，以其高效的壓縮技術和較為滿意的圖像質量成為紅極一時的家庭化VCD(數字小型視頻光盤)的基礎。
1995年推出的MPEG-2，以其更高的像素分辨率，大大提高了視頻質量，為DVD(高密度數字視頻光盤)及HDTV(高清晰度電視)、DAB(數字音頻廣播)等的迅速推廣提供了基礎，并大大推進了許多基于視頻的試驗性及商業性服務。
1998年制定的MPEG-4第一版及1999年推出 的MPEG-4第二版 被視為第一個真正意義上的多媒體標準。它以客觀對像作為編碼形式，實現多媒體交互應用。它在移動通信、視頻交互及計算機圖片2D/3D計算處理以及專業數字視頻等方面起著決策性作用。但MPEG并未因MPEG-4完美而停止發展，2002年國際標準化組織已完成MPEG-7---內容描述標準，第一版已正式發表。
二、視頻壓縮標準
許多現有的已獲得提議的壓縮系統都使用一種壓縮技術組合，就像一個廚師使用不同數量的各種成分來準備一頓美餐一樣。任何一種得到廣泛采納的方案都能夠具有規模經濟，并能夠減少市場的混亂。
M-JPEG曾經是非編系統的主流格式，對促進非線性制作方式的應用起到很大作用，功不可沒。但由于M-JPEG壓縮效率較低、互操作性差，而其他壓縮格式紛紛發展和成熟，它們壓縮效率高，特別是與前期錄制容易銜接，相比之下 M-JPEG的優點已不突出。因此，今后在非編系統中，不宜再發展使用 M-JPEG。
MPEG系統是在1992年最終建立的，就像當第二次世界大戰結束后要給大的戰爭重新命名一樣，開始時命名為MPEG-1，因為對MPEG-2的工作已經展開。MPEG-2標準開始的3個階段(系統、音頻和視頻)是在1992年11月通過的。MPEG正在逐漸為廣大市場所認可。MPEG-1和MPEG-2非常相似，而且它們的語法可以擴充。
在電視節目制作中，編輯精度和多代復制的質量是用戶關心的首要問題。在此基礎上，希望碼率盡量低。MPEG-2是由活動圖像專家組開發的第2個標準，它是聲音和圖像數字化的基礎標準。電視臺數字化網絡使用MPEG-2壓縮格式的優點如下：第一，可獲得高倍數的數據壓縮比。MPEG-2采用了利用運動補償預測編碼(即采用IBP幀壓縮法)去掉電視圖像信號的時間冗余信息。在獲得廣播級數字視頻質量的前提 下，可實現20：1的壓縮效率，數據率可降至1Myte/s，一小時視頻節目占用3.6GByte空間。數據存儲空間利用率高，網絡傳輸效率是M-JPEG系統的5倍以上。這可在存儲方面大大節約成本，并能引入各種類型存儲介質，如硬盤、光盤、數據磁帶等。第二，M-JPEG提供了攝制、傳輸、制作、存儲等不同環節的統一視頻數據格式。根據MPEG-2標準，不同廠家的編碼器雖然可以采用不同算法，但產生的MPEG-2碼流都必須遵守相同的語法和解碼規則，任何支持同樣或更高級別的MPEG-2格式的解碼器都可以解碼。這一點保證在整個信號數據鏈路中的設備互換性，解決多種視頻數據格式并存帶來的許多問題，這在開放性網絡設備構架中是非常重要。第三，MPEG-2的配置和等級為電視新聞數字網采用雙網結構提供技術保證。在MPEG-2標準化階段考慮到要適應不同的數據率設備的應用，MPEG-2引入“配置”和參數“等級”的概念。
MPEG-2支持各種類型和長度的圖像組(GOP)，如純I幀、IP幀、IBP、IBBP等。MPEG－2支持4:2:2和4:2:0取樣。MPEG－2支持VBR和CBR。MPEG－2還可采用從家用到廣播級不同的碼率，同一種格式通過改變參數可以容納各種不同的應用。如果采用適當設計的硬件，可以在同一平面上輸入輸出各種應用數據，這為電視新聞數字網采用雙網結構提供了技術保證。最后，全球正在開始實施的數據電視廣播傳輸的國際標準有三個：美國的AISC、歐洲的DVB及日本的ISDB。它們在傳送視音頻流時都采用MPEG－2的傳輸流。MPEG-2 IBP幀方式由于采用幀間壓縮，大大降低了碼率，已在傳輸、播出中獲得了廣泛應用，并為國際所公認。其優越性對于節目制作也具有極大的吸引力。新一代高清晰度電視就是基于MPEG-2標準。無論是衛星廣播或電纜廣播，成百萬的MPEG-2解碼機頂盒都將在近幾年內“飛入尋常百姓家”
MPEG－4
MPEG從1993年7月開始開發針對多媒體應用于多領域的標準，也是其第三個標準MPEG-4。1993年3月宣布已經完成MPEG-4第一版本的開發，1999年成為國際標準ISO/IEC14496。
MPEG-4視頻標準集近年圖像分樣，圖像壓縮，視頻壓縮，計算機視覺，信號處理等領域的最新研究成果。在開發低碼率編碼標準的同時，將重點放在人們更感非興趣的圖像具體目標的交互性和可操作性上，并對多媒體多應用領域的編碼進行兼容并包。它不僅包括運動目標的編碼，還包括靜止目標和計算機人工合成目標的編碼。它不但是第一個讓用戶在接收端對畫面可進行操作和交互訪問的標準，而且由于其低碼率，高度靈活性，兼容性，可伸屈性，抗錯性和擴展性，也將是第一個解決信息產業電視、通信、計算機這三大支柱產業的所謂“數字匯聚”問題的標準。MPEG－4集中了當代圖像/視頻壓縮技術的精華。
MPEG－4視頻標準在多媒體環境下提供一個基于不同目標的視頻描述方法， MPEG－4視頻標準提供一整套技術標準以滿足多媒體作者，網絡服務和最終用戶的要求：對于多媒體作者，MPEG－4將可以使基于數字電視、動畫、網頁等內容的制作具有極大的靈活性和可重復利用性。并易于保護和產權管理；對于網絡服務商，MPEG-4將提供各網絡之間的交流信號，這些信號將有助于各向異性的不同網絡之間傳輸最優化；對于最終用戶；MPEG－4將在小型和較大型終端上提供諸如實時通信、警戒和移動多媒體的很多交互功能。
與MPEG－1/2基于幀的壓縮標準不同， MPEG－4是基于目標的壓縮標準。所以首先它在系統級要定義基于目標的場景描述方法。
新MPEG－4 一種基于MPEG－4標準并具有更高數據視頻質量的新型視頻壓縮系統的技術－－14496－10/MPEG-4AVC在2003年3月公布。該系統能極大地降低發送視頻圖像所需要的帶寬，并對諸如數字衛星廣播、數字視頻存儲以及互聯網傳播等一系統列技術進行改進，以提高視頻質量。在互聯網技術方面，同以往的標準如廣泛使用的H.262/MPEG-2相比，該系統在設計上能夠更好地處理信息包和丟失。該系統與MPEG-2標準的視頻流相比要節省64%的比特率，與其它MPEG-4標準的視頻流相比要節省39%的比特率，使用這項技術，標準電視信號的編比特率將得到極大降低，該系統已吸引了視頻和廣播行業的極大關注。MPEG-4集中了當代圖像/視頻壓縮技術的精華。
MPEG-7
ISO/IEC于2001年9月通過了MPEG-7標準。MPEG-7目前已成為ISO/IEC標準協會在多媒體領域的重要發展性工作。MPEG-7標準可分為8個主要功能：描述定義語言、純視頻、純音頻、多媒體描述體、參考軟件、守則、描述摘要及使用。MPEG-7的內容中主要表現為描述多媒體內容的操作、分類、搜索及回復所需的終端結構及規范界面的語言、描述器及體系。對視頻需求，MPEG-7視頻描述工具給出基礎的結構和描述器。它們提出基本的視頻特性，每個類目，不論是初級還是高級描述器，對諸如色彩、構造、外形、運動、定址及外觀認別等特性都逐一加以認定。MPEG-7音視提供了描述音頻內容的結構體系。這些體系結合標準中多媒體描述綱要，利用一套低級描述器處理許多含有光譜參數及時間特性的聲音信號。此外，更高級描述工具，用于專業領域的應用，包含綜合的聲音識別和檢索描述工具。
MPEG的發展方向，正從真正意義上滿足了技術和人們的需求，并給多媒體工業提供了功能強大的工具。隨著更多的相關設備走向市場，MPEG已提出將音視頻的MPEG-2和MPEG-4標準聯合，并加入到媒體標準的MPEG-7的構想。
MPEG系列的未來
目前有關MPEG-21開發的工作，包括媒體內容保護及所有權的權益數據字典(RDD)和權益表達語言(REL)等，涉及媒體內容創作者，擁有者及業務提供者。有關MPEG體系用戶的相關重要技術也在發展之中。我們應該進一步認識到MPEG的努力就是為了讓用戶獲得媒體自由交互的可操作性。用戶應該有信心，他們將夠成功地應用媒體內容，而無需擔心不相容的格式。隨著ISO MPEG的努力工作，希望在繼續變成現實。
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