mpeg-4简介.txt

关于h.264的一些论文

    MPEG-4采用I-VOP、P-VOP、B-VOP三种帧格式来表征不同的运动补偿类型。它采用了H.263中的半像素搜索（half pixel searching）技术和重叠运动补偿（overlapped motion compensation)技术，同时又引入重复填充（repetitive padding）技术和修改的块（多边形）匹配（modified block （polygon）matching）技术以支持任意形状的VOP区域。
    此外，为提高运动估计算法精度，MPEG-4采用了MVFAST（Motion Vector Field Adaptive Search Technique）和改进的PMVFAST（Predictive MVFAST）方法用于运动估计。对于全局运动估计，则采用了基于特征的快速顽健的FFRGMET（Feature-based Fast and Robust Global Motion Estimation Technique）方法。 
在MPEG-4视频编码中，运动估计相当耗时，对编码的实时性影响很大。因此这里特别强调快速算法。运动估计方法主要有像素递归法和块匹配法两大类，前者复杂度很高，实际中应用较少，后者则在H.263和MPEG中广泛采用。在块匹配法中，重点研究块匹配准则及搜索方法。目前有三种常用的匹配准则： 
（1）绝对误差和（SAD, Sum of Absolute Difference）准则； 
（2）均方误差（MSE, Mean Square Error）准则； 
（3）归一化互相关函数（NCCF, Normalized Cross Correlation Function）准则。 
    在上述三种准则中，SAD准则具有不需乘法运算、实现简单方便的优点而使用最多，但应清楚匹配准则的选用对匹配结果影响不大。 
在选取匹配准则后就应进行寻找最优匹配点的搜索工作。最简单、最可靠的方法是全搜索法（FS, Full Search），但计算量太大，不便于实时实现。因此快速搜索法应运而生，主要有交叉搜索法、二维对数法和钻石搜索法，其中钻石搜索法被MPEG-4校验模型（VM, Verification Model）所采纳，下面详细介绍。 
钻石搜索（DS, Diamond Search）法以搜索模板形状而得名，具有简单、鲁棒、高效的特点，是现有性能最优的快速搜索算法之一。其基本思想是利用搜索模板的形状和大小对运动估计算法速度及精度产生重要影响的特性。在搜索最优匹配点时，选择小的搜索模板可能会陷入局部最优，选择大的搜索模板则可能无法找到最优点。因此DS算法针对视频图像中运动矢量的基本规律，选用了两种形状大小的搜索模板。 
· 大钻石搜索模板（LDSP, Large Diamond Search Pattern），包含9个候选位置； 
· 小钻石搜索模板（SDSP, Small Diamond Search Pattern），包含5个候选位置。 
    DS算法搜索过程如下：开始阶段先重复使用大钻石搜索模板，直到最佳匹配块落在大钻石中心。由于LDSP步长大，因而搜索范围广，可实现粗定位，使搜索不会陷于局部最小，当粗定位结束后，可认为最优点就在LDSP 周围8 个点所围菱形区域中。然后再使用小钻石搜索模板来实现最佳匹配块的准确定位，以不产生较大起伏，从而提高运动估计精度。 
此外Sprite视频编码技术也在MPEG-4中应用广泛，作为其核心技术之一。Sprite又称镶嵌图或背景全景图，是指一个视频对象在视频序列中所有出现部分经拼接而成的一幅图像。利用Sprite可以直接重构该视频对象或对其进行预测补偿编码。 
    Sprite视频编码可视为一种更为先进的运动估计和补偿技术，它能够克服基于固定分块的传统运动估计和补偿技术的不足，MPEG-4正是采用了将传统分块编码技术与Sprite编码技术相结合的策略。

    MPEG4的应用领域
    凭借着出色的性能，MPEG4技术目前在多媒体传输、多媒体存储等领域得到了广泛的应用，下面我们就来看看目前在那些领域MPEG4技术得到了大显伸手的机会。
    1、精彩的视频世界
精彩的视频世界是MPEG4技术应用最多也是最为广大朋友所熟悉的的形式。目前它主要以两种形式出现，一种是DIVX－MPEG4影碟（国内市面上已出现，且D版居多），另一种是网上MPEG4电影。
  （1）、我们先来说说DIVX－MPEG4影碟，DIVX视频编码技术实际上就是MPEG4压缩技术，它由微软MPEG4V3修改而来，使用的是MPEG4压缩算法，并同时分离视频和音频。它的核心部分便是由DivX对DVD音视频进行压缩，生成Mpeg4视频格式文件(也就是AVI格式)。
小提示：笔者也是经常被朋友所问到："我看到的MPEG4电影片段明明是avi（扩展名）格式文件，并且Windows的媒体播放器也与之关联，但就是无法播放"。其实， MPEG4并没有确定必须用什么扩展名，它只是一种编码方法而已。使用avi作为扩展名，是一种习惯性的沿用。
在计算机上播放MPEG4影音文件的方法目前有两种：第一种是用诸如DivxPlayer等专门的播放软件来播放；第二种播放方法是安装MPEG4(Divx)插件后，用Windows自带的媒体播放机来播放。
   （2）、随着网络技术的不断发展，互联网上的视频流应用也成为了近几年的热门话题。目前，在互联网上比较流行的几种影像格式包括Quicktime、RealPlay以及微软的MediaPlayer等。MPEG4技术出现之后，互联网上又出现了MPEG4格式的电影，不过在观看前，系统会提示你下载最新的MPEG4解码软件。
小提示：大家平时在网上可能经常会看见ASF格式的电影，其实它也是微软公司开发出的一种可以直接在网上观看视频节目的压缩格式。使用的也是MPEG4的压缩算法，但因为它是以网上即时观看电影的视频流格式存在的，所以它的图像质量相对要差一些。
    
    2、低比特率下的多媒体通信，
目前，MPEG4技术已经广泛的应用在如视频电话、视频电子邮件、移动通信、电子新闻等多媒体通信领域。由于这些应用对传输速率要求较低，一般在4.8～64kbit/s之间，分辨率为176×144左右。因此MPEG4技术完全可以充分的利用网络带宽，通过帧重建技术压缩和传输数据，以最少的数据量获得最佳的图像质量。
    
    3、实时多媒体监控。
多媒体监控领域原来一直是MPEG1技术担当重任，但近些年来，它们也是"城头变换大王旗"了。由于MPEG4压缩技术原本是一种适用在低带宽下进行信息交换的音视频处理技术，它的特点是可以动态的侦测图像各个区域变化，基于对象的调整压缩方法可以获得比MPEG1更大的压缩比，使压缩码流更低。因此，尽管MPEG4技术一开始并不是专为视频监控压缩领域而开发的，但它高清晰度的视频压缩，在实时多媒体监控上，无能是存储量，传输的速率，清晰度都比MPEG1具有更大的优势。
    
    4、基于内容存储和检索的多媒体系统。
由于MPEG4在压缩方法上远远优于MPEG1技术，更是MJPEG技术所不能比拟的。 经过专家的测试表明，在相同清晰度对应MPEG1（500Kbits/sec）码流情况下， MPEG4比MPEG1节省了2/3的硬盘空间，在一般活动场景下也节省近一般的容量。因此无论是从内容存储量，还是从多媒体文件的检索速度来说，MPEG4技术都是多媒体系统应用的不二之选。
    
    5、硬件产品上面的应用
目前，MPEG4技术在硬件产品上也已开始逐步得到应用。特别是在视频监控、播放上，这项高清晰度，高压缩的技术得到了众多硬件厂商的钟爱，而市场上支持MPEG4技术的产品也是种类繁多。下面笔者就列举一些代表性的产品，旨在让读者了解MPEG4技术在今天应用范围之广。
   （1）、摄像机：日本夏普公司推出过应用在互联网上的数字摄像机VN－EZ1。这台网络摄像机利用MPEG4格式，可把影像文件压缩为ASF（高级流格式），用户只要利用微软公司的MediaPlayer播放程序，就可以直接在电脑上进行播放。
   （2）、播放机：飞利浦公司于今年八月份推出了一款支持DivX的DVD播放机DVD737。它可以支持DivX 3.11、4.xx、5.xx等MPEG4标准，而对于新标准的支持则可以通过升级固件来实现。
   （3）、数码相机：日本京瓷公司在11月中旬发售其最新款数码相机Finecam L30，这款是采用300万像素、3倍光学变焦设计的数码相机产品， L30采用了MPEG4格式动态视频录制，可以让动态视频录制画面效果比传统数码相机更出色。
   （4）、手机：在手机领域，MPEG4技术更是得到了广泛的应用，各大手机厂商也都推出了可拍摄MPEG4动态视频的手机型号，如西门子ST55、索尼爱立信P900/P908、LG 彩屏G8000等。
    (5)、MPEG4数字硬盘：在今年深圳举行的安防展览会上，开发数字录像监控产品的厂家纷纷推出了他们的最新产品，而支持MPEG4的DVR压缩技术也成为改展会上的亮点。
如北京华青紫博科技推出的"E眼神MPEG4数字视频王"便是一款基于网络环境的高清晰数字化监控报警系统。内置多画面处理器，集现场监控、监听、多路同时数字录像与回放等多种功能为一体。
    其实，市场上还有许多基于MPEG4技术的硬件产品，笔者这里就不一一列举了，不过笔者相信，随着视频压缩技术的不断发展，MPEG4技术的产品会越来越多的出现在我们生活，工作中。